Minerali e Rocce - Regione Toscana

Iniziativa realizzata con il contributo della Regione
Toscana nell’ambito del progetto
Rete Scuole LSS
A bottega di Invenzioni
a.s. 2015/2016
CLASSE TERZA
 La riproduzione (1 mese)
 Dalle leggi di Mendel alla genetica moderna
(2 mesi)
 Il peso specifico (1 mese)
Minerali, rocce e vulcani (febbraiomaggio) 3 mesi
 Universo e sistema solare (1 mese)

Conoscenze e Abilità:
 Comprendere la natura cristallina dei minerali.
 Osservare, confrontare, classificare i minerali tramite
alcune proprietà caratteristiche
 Osservare, confrontare, classificare le rocce in base al
loro processo di formazione.
 Conoscere i diversi processi litogenetici.
 Conoscere e comprendere la struttura e la formazione
di un vulcano in base al tipo di magma.
 Comprendere la differenza tra densità e viscosità.
 Acquisire una chiave interpretativa del proprio
ambiente naturale per comprendere quale sia stata la
sua storia geologica.
Il percorso si sviluppa secondo l’approccio a cinque
fasi, sfruttando le idee del costruttivismo e della
ricerca-azione.
Le fasi che si susseguono per l’apprendimento di
ciascun concetto chiave presentato sono le
seguenti:
I. Osservazione
II. Verbalizzazione individuale
III. Discussione collettiva
IV. Concettualizzazione
V. Produzione condivisa



Materiali: campioni di minerali e rocce,
magnete, vite di ferro, acido cloridrico, burro
di arachide, ketchup, olio di vasellina, miele
Apparecchi: LIM, stampante 3 D, PC, bagno
termostatico
Strumenti: software di modellazione 3D e
slicing (Sketchup, Cura), Scala di Mohs
 Aula
 Laboratorio scientifico della scuola
 per la messa a punto preliminare nel Gruppo LSS:
6 ore
 per la progettazione specifica e dettagliata nella/e
sezione/i o classe/i: 8 ore
 Tempo-scuola di sviluppo del percorso: circa due
mesi e mezzo (24 ore del secondo quadrimestre
A.S. 2015/16);
 per documentazione: 40 ore


Classe IIIB della scuola secondaria di I grado
dell’istituto comprensivo Alfieri Bertagnini
Composizione della classe IIIB: 21 alunni (13
femmine e 8 maschi) di cui due con PEI e due
alunni con DSA.


Gli alunni suddivisi in 6 gruppi da tre alunni
ciascuno, osservano dei campioni di minerali
forniti dal docente;
Sono stati scelti minerali che presentano un
habitus cristallino ben visibile e in cui si possa
evidenziare la forma geometrica regolare, la
presenza di facce lisce e piane, la brillantezza
o la lucentezza, la trasparenza o l’opacità, ecc
Ciascun alunno, utilizzando anche una lente, osserva e descrive per
scritto i singoli cristalli, avendo cura di annotare le caratteristiche più
evidenti.
 Sofia “all’interno di questo minerale ci sono delle palline nere e
gialle,viola e arancioni”;
 Giulia dice del suo minerale che ha una superficie specchiante
(Pirite); L’altro minerale del suo gruppo viene descritto così da
Giulia: ci sono diverse sfumature di viola e ci sono due pareti una
liscia e una ruvida”;
 L’alunna Besjana si accorge che uno dei minerali del suo gruppo si
frantuma facilmente. Cerca di osservare con la lente i frammenti che
si generano e li descrive così “i frammenti, alla lente, sono come
l’oggetto iniziale”

Sofia
Besjana
Joela



L’insegnante chiede quindi ai ragazzi di
descrivere cosa hanno fatto con i vari campioni;
E poi viene chiesto:” quali aspetti avete notato e
ritenete importanti per descrivere i minerali?
Dal confronto, emergono dai ragazzi le
considerazioni circa le caratteristiche principali
da loro osservate (colore, lucentezza/opacità,
capacità di frantumarsi, la presenza di superfici
lisce o ruvide, reazione con HCl, attrazione della
calamita…)




Domanda stimolo: che cosa accomuna quindi
gli oggetti che avete osservato?
Francesco: “sono tutti solidi “
Sofia: “sono dei poliedri”
Emerge quindi dai ragazzi la considerazione
circa la presenza di angoli e facce su ognuno.


Viene a questo punto chiesto di produrre la definizione di minerale
Ciascun alunno elabora una propria definizione e la condivide con il
gruppo classe.
Joela




Sofia: sono solidi con una forma precisa e alcune caratteristiche tipiche
Margherita: sono oggetti naturali con forma definita. Sono solidi.
Viene definito il concetto di habitus cristallino e quindi il concetto di
minerale
Produzione condivisa: I minerali sono oggetti
naturali, tutti solidi (fatta eccezione per il mercurio
aggiunge l’insegnante) con facce e angoli che si
ripetono nello spazio.
Gli alunni in una prima fase a gruppi di 3 sono
invitati a descrivere sei minerali utilizzando una
scheda di osservazione/descrizione;
La scheda di osservazione e descrizione è stata
redatta dal docente in base alle caratteristiche
distintive rilevate dai ragazzi nelle lezioni
precedenti;
Il materiale fornito per l’esercitazione è stato:
lente, acido cloridrico, calamita, chiodo di ferro,
classificazione per la forma tridimensionale dei
minerali (file-LIM).


La durezza di ciascun minerale è stata valutata
con l’unghia e con un chiodo di ferro;
Poiché in laboratorio era presente una scala di
Mohs, quest’ultima è stata presentata agli alunni
a scopo esemplificativo per mostrare come il
concetto di durezza di un minerale sia una
considerazione di tipo empirico e per far
riflettere su come questo tipo di approccio
basato sulla sperimentazione sia fondamentale
in ambito scientifico a tutti i livelli.
Lo sviluppo di effervescenza
dopo somministrazione di HCl
ha colpito molto tutti gli
alunni;
 Sono stati quindi richiamati
alla mente i concetti di acido e
base e gli esempi di corrosività
della vita reale;
 L’effervescenza è stata quindi
collegata alla presenza di
carbonato di calcio che
sviluppa anidride carbonica
dopo reazione con HCl.

In una fase successiva gli alunni, a gruppi di 6, si
riuniscono per confrontare le osservazioni
fatte nella fase descrittiva e per classificare i
minerali mediante una chiave dicotomica
fornita dal docente che porterà dalle loro
caratteristiche al loro riconoscimento.
Gruppi 1-6
Gruppi3-4
Prima
Dopo condivisione


Al termine della lezione, l’intera classe con
l’insegnante condivide le osservazioni relative
al riconoscimento dei minerali;
C’è stata incertezza diffusa sul
riconoscimento della magnetite dall’ematite.


Gli alunni hanno osservato in modo libero e
verbalizzato individualmente tutti gli stessi 6
campioni di roccia su di una scheda fornita dal
docente.
Ogni alunno ha avuto 5 minuti di tempo per
osservare in maniera libera ciascun
campione.
Benedetta
Joela
Sofia
2
3
6
1
4
5
6 alunni, scelti tra i diversi gruppi sono
stati chiamati ad esporre, al gruppo
classe, le loro verbalizzazioni individuali
riferite a una delle 6 rocce esaminate;
Ogni osservazione è stata scritta alla
lavagna assieme a tutte le osservazioni
aggiuntive ritenute valide ed emerse in
fase di condivisione;
Ogni alunno ha provveduto ad integrare e
completare le proprie osservazioni
individuali con quelle mancanti emerse
durante la verbalizzazione condivisa.
Besjana

Francesco:
 è scheggiata ed è di color argento
 L'insegnante: C’è qualcuno che ha
scritto di più?
▪ Besjana: si scalfisce con l’unghia, è a
scaglie
▪ Colore non uniforme, a forma di lancia
▪ Lorenzo dice: ,ma la forma non conta..
 L'insegnante. chiede: perchè?
▪ Lorenzo: Perché dipende da come si
rompe.
 Quindi l'insegnante. Fa osservare
che la forma è importante nel
minerale ma non nella roccia
L'insegnante. Caratteristica particolare di
questa roccia? Gli alunni non aggiungono nulla
di nuovo e distintivo






Prevalentemente nera, lucida,
riflettente e liscia
3 facce arancioni opache
Non si scalfisce con l’unghia nelle
facce nere mentre in quelle
arancioni si.
Sofia: In una faccia arancione ci
sono delle parti nere come
dipinte, ci sono come schizzi neri
Francesco: ha una parte
scheggiata;
L'insegnante. Caratteristica
particolare di questa roccia? Ha
spigoli aguzzi (Anna); è liscia
(Lorenzo);








È ruvida solo che ci sono punti dove il
bianco e nero sono lucidi
Ci sono dei punti che riflettono la luce
Ci sono scaglie attaccate
È anche rossa (Francesco F.)
È anche grigia (Lorenzo R.)
Ci sono pezzetti bianchi e neri lucidi
Sono dei pezzi di minerali questi
pezzetti (Giulia)
La roccia puo essere composta da
minerali (Besiana) visibili a occhio nudo
come no (ribadisce L'insegnante.).
Francesco:
È color avorio
Non ha una forma particolare
Ci sono delle strane forme..Ci sono delle
conchiglie non tutte uguali
Di diverse dimensioni
È una roccia fossile (Marta)
Si vedono conchiglie e delle impronte di
conchiglie (Giulia)
Si vede della sabbia (Benedetta)
L'insegnante: I fossili come fanno a stare attaccati
L’acqua e la terra fanno da collante tra i fossili

Sofia:







Marta: all’interno ci sono dei pezzettini bianchi, neri e..
Riccardo: dei brillantini
L'insegnante.: Che differenza c’è tra la roccia che aveva i
puntini rossi e neri e quella che stiamo osservando ora?




È Marrone
Le basi sono marroni piu scure mentre 2 facce su 4 sono piu
chiare
Tutte le facce riflettono la luce sono argentati rispetto al
marrone della roccia
Ha una forma che sembra tagliata
Anna: nella roccia rossa i punti sono più grandi
Nella roccia rossa i minerali sono piu grossolani
In questa si fa piu fatica a vederli (Lorenzo R.)
L'insegnante. Cè qualcosa che li tiene insieme i minerali?



Nella roccia 5 c’è chi dice che non c’è il collante e chi dice che
c’è;
Gli alunni vengono quindi invitati ad usare la lente … quindi
appare adesso che nella roccia rossa non c’è collante e nella
grigia/marrone invece si.
Besjana: non c’è nulla che li tiene attaccati nella roccia rossa.







Ha un colore marrone, un po’
verde e giallino (colore non
uniforme)
Ha dei brillantini su alcune
facce
Ha una forma …(non ci
interessa)
Sembra tagliata … scagliata
Presenta strisce e striature
L'insegnante. Quale è la cosa
distintiva di questa roccia
secondo voi?
Anna : ci sono strisce e striature
Recupero del lavoro svolto nella lezione precedente
Tutti gli alunni vengono chiamati a raggruppare per
somiglianza, motivando il perché, dei campioni di
roccia depositati al centro dell’aula
 I campioni di roccia rispecchiano caratteristiche
comuni a quelle delle sei rocce osservate nella lezione
precedente al fine di favorire il lavoro di
raggruppamento.







Dopo un primo raggruppamento vengono
recuperate le descrizioni dell’osservazione
della lezione precedente e vengono rivalutati
i gruppi creati dagli alunni.
Le rocce in cui ci sono clasti e fossili
suggerisce Marta che possono essere messe
assieme perché c’è un collante che li tiene.


Giulia, con l’intervento di tutti i
compagni, inizia a raggruppare le
rocce
Le rocce che contengono fossili
tutte assieme
Le rocce che contengono sassi
altrettanto
Quelle in cui si vedono i minerali ad
occhio nudo tutte assieme
quelle grigio argento con struttura a
scaglie
quelle in cui non si vedono… fanno
pensare alcuni ad un solo minerale
dice Giulia. Allora viene precisato
dal docente che se i minerali ad
occhio nudo non sono visibili non
vuol dire che non ci siano.
Le rocce vengono raggruppate in 6
gruppi
Gli alunni vengono invitati a
sedersi e a riformare i
gruppi.
 Il L'insegnante. disegna alla
lavagna il ciclo delle rocce
facendo ragionare e
guidando gli alunni nella
descrizione di quest’ultimo.








Besjana:Come fa il magma a fuoriuscire dalla crosta?
L'insegnante. : Perche si creano spaccature a causa di una forte pressione
come quella che si genera quando si stappa una bottiglia di spumante
Giulia: ci sono anche i vulcani a scudo in cui la lava fluisce più
velocemente.
Questo fa emergere la necessità di affrontare nelle lezioni successive
l’argomento relativo ai vulcani.
Vengono poi introdotti i fenomeni erosivi e sedimentari
problematizzando ciò che accade quando piove, quando un fiume fluisce
al mare etc..
Vengono introdotti i concetti di clasti e fossili marini che sedimentano e si
cementano sprofondando nei fondali marini.
La discesa dei sedimenti in profondità fa salire temperatura e la pressione
e favorisce la diagenesi fino al metamorfismo.
L’attenzione degli alunni viene fatta convergere sui tre meccanismi
principali di formazione delle rocce della crosta:
 Raffreddamento lento e veloce di magma (Rocce Ignee intrusive ed
estrusive)
 Sedimentazione e diagenesi di sedimenti marini (Rocce Sedimentarie)
 Metamorfosi per sprofondamento e compressione (Rocce Metamorfiche)
 Realizzazione di uno schema con le chiavi distintive per identificare le
rocce appartenenti ai tre gruppi principali
 Ad es. rocce magmatiche intrusive che hanno minerali visibili ad occhio
nudo;
Gli alunni stimolati dal docente, intervengono per generare loro stessi dei
criteri identificativi


Viene eseguita un’esperienza sul
galleggiamento in acqua di alcune
rocce (pomice e marmo)
richiamando le conoscenze
pregresse sul peso specifico.
Alla luce degli
schemi realizzati su
ciclo delle rocce e
chiavi dicotomiche
identificative gli
alunni riformulano
il raggruppamento
iniziale
identificando solo 3
gruppi di rocce
ignee sedimentarie
e metamorfiche


A gruppi gli alunni
vengono invitati a
osservare e classificare
dei campioni di roccia
forniti dal docente.
Al termine dell’attività,
la classe assieme
all’insegnante
commenta le
descrizioni e
classificazioni operate
da ciascun gruppo.





Gli alunni suddivisi in gruppi hanno classificato dei
campioni di roccia diversi da quelli delle lezioni precedenti
facendo uso delle schede identificative fornite dal
docente.
È stato consentito l’uso del libro di testo.
Sono state fornite lenti, acido cloridrico diluito e colori per
rappresentare i particolari più importanti del campione.
Per ciascun alunno il voto della verifica è la media della
valutazione delle competenze trasversali osservate e delle
competenze disciplinari rilevate tramite la classificazione
effettuata sulla scheda.
La correzione è stata effettuata al termine della lezione
Martedì
12/04/2016
7½
4
677½
8½
8½
8½
7
8
6
8½
8½
9
6
7
5
9
7
8
77,29
Gli alunni vengono invitati a
disegnare un vulcano
 Al termine dell’attività
vengono visionati e
commentati in maniera
condivisa gli elaborati di
ciascun alunno.
 Emergono così le
caratteristiche distintive e la
definizione di vulcano.
 Viene chiesto ai ragazzi infine
di valutare la pendenza delle
pareti dei vulcani da loro
disegnati con un goniometro.





L’insegnante presenta foto di vulcani diversi
per struttura e pendenza dei fianchi;
Quindi gli alunni vengono invitati a ragionare
sul perché di queste differenze strutturali;
Gli alunni suggeriscono come già emerso
precedentemente che dipende dalla “densità”
del magma.
Per eliminare questo misconcetto gli alunni
vengono guidati in una serie di 5 esperienze
Materiali: Bicchieri con olio e
acqua colorata, cannucce, tavola
di legno rivestita con carta da
forno
 Gli alunni prelevano con la
cannuccia un piccola quantità di
olio e acqua colorata e la versano
sulla tavola di legno rivestita con
carta da forno.
 Gli alunni osservano che l’acqua
forma delle macchie più contenute
e fluisce meglio mentre l’olio
forma macchie più estese e fluisce
più lentamente.






Materiali: bicchieri con olio di
arachidi e acqua colorata
Vengono miscelati i contenuti
dei due bicchieri
Ciò che si osserva è che l’acqua
va sotto l’olio.
Quindi gli alunni tentano di
spiegare il fenomeno dicendo
che l’acqua è più pesante.
Quindi il docente invita a
riflettere su chi scorre meglio fra
i due liquidi e su chi è il più
pesante quindi anche più denso.



Gli alunni quindi intuiscono che densità e
viscosità sono due grandezze diverse.
La viscosità indica come scorre un liquido,
mentre la densità ne indica in maniera
indiretta la pesantezza.
L’olio è più viscoso ma meno denso. L’acqua
diversamente è più densa ma molto meno
viscosa.
Materiali: Bicchieri con ketchup,
burro di arachidi, ketchup con
sabbia, cannucce
 Gli alunni vengono invitati a
tirare su una piccola quantità dei
diversi materiali al fine di
valutarne la diversa viscosità
 Gli alunni constatano che il
ketchup è il meno viscoso,
quello addizionato di sabbia ha
una viscosità intermedia e il
burro di arachidi ha una viscosità
molto elevata.

Materiale: Miele millefiori,
bagno termostatico, tavola
di legno rivestita con carta
da forno
 Il miele riscaldato
depositato sulla tavola di
legno inclinata scorre
molto più velocemente di
quello a temperatura più
bassa.
 Gli alunni deducono che la
viscosità di una sostanza
può variare al variare della
temperatura.

Materiali: Ketchup, Ketchup con
sabbia, burro di arachide, tavola di
legno rivestita con carta da forno
 Gli alunni depositano una piccola
quantità di materiale sulla tavola di
legno lungo una linea utilizzata
come inizio corsa
 La tavola viene poi inclinata.
 Gli alunni osservano stupiti e
divertiti che il ketchup scorre,
rispettivamente, più velocemente
del ketchup con sabbia e del burro
di arachide che rimane fermo al
punto di deposito.


Agli alunni viene detto che il
ketchup è simile al magma poco
viscoso, il burro di arachide al
magma molto viscoso e il ketchup
con sabbia al magma con viscosità
intermedia.

Da qui viene richiamato il disegno
svolto dai ragazzi nella lezione
precedente e valutata la ripidità
delle pendici collegandola alla
diversa viscosità del magma che
può caratterizzare il vulcano.

Somministrazione della
verifica sui vulcani
condotta a gruppi di 3
con ausilio del libro di
testo.

La verifica è stata formulata a
domanda aperta, fornendo la
foto di due vulcani con struttura
differente, richiedendo di
specificare la natura del magma
e richiamare eventuali
esperimenti svolti durante il
percorso.
Lunedì
09/05/2016
7½
4
677½
7½
8½
7½
7
8
68½
7½
8½
5½
7
68½
6
7
6½
7,04


Domanda stimolo:
quali sono le caratteristiche distintive di un minerale e di
una roccia?
 Giulia “la roccia ha tanti minerali”, Besjana “il minerale ha una
forma tipica”
 Quindi si riflette di nuovo sul fatto che i minerali hanno uno
stato cristallino che li distingue e permette di classificare e sono
i componenti delle rocce.
 Le rocce contengono solitamente più di un minerale e la loro
forma non ci dà alcuna informazione per la loro classificazione.
 Per indagare la struttura tipica di alcuni minerali viene proposto
loro di realizzare dei modelli tridimensionali di minerale
mediante progettazione e stampa 3D.

Agli alunni, disposti in gruppi da 4,
vengono forniti dei campioni di minerale
noti (pirite, calcite e quarzo)

Viene chiesto loro stabilire il sistema di
cristallizzazione mediante confronto con
una scheda fornita dal docente.

Gli alunni identificano correttamente i
sistemi di cristallizzazione e verificano
su internet la veridicità delle loro ipotesi.

Quindi viene chiesto loro di disegnarli su
un foglio riportando le misure degli
spigoli e dei diedri misurati con un
goniometro a applicazione.



Introduzione a Sketchup fatta dall’insegnante
su ambiente di progettazione e principali
comandi da impiegare nel disegno 3D
Realizzazione di solidi geometrici con
sketchup.
Gli alunni in gruppo realizzano un modellino
di pirite





Gli alunni, in gruppo, realizzano un modello di calcite e
quarzo esportandolo in formato obj.
Per la realizzazione dei prismi a base esagonale vengono
richiamate alla memoria i concetti di numero fisso,
apotema e lato poiché il programma lavora con l’apotema.
L’insegnante provvede a fare verifica su netfab e poi slicing
su cura. Gli alunni assistono alle operazioni alla LIM e su
PC.
Infine si procede alla stampa 3D dei modelli elaborati dai
ragazzi.
Il template di stampa utilizzato per lo slicing è stato PLA
veloce poiché i risultati di stampa sono risultati ottimali.
Prova numero 1





La stampa del modello di pirite nel gruppo 4 ha posto il
problema della disposizione del secondo cristallo
cubico più piccolo che dopo la stampa appare di
dimensione e orientamento diverso rispetto
all’originale.
Gli alunni hanno quindi provveduto nuovamente a
disegnare e stampare il modello che appare così più
fedele e vicino alla realtà.
Anche per la calcite è stato necessario modellare e
stampare due volte il modello realizzato dai ragazzi.
Questo a causa della scarsa dimestichezza degli alunni
con l’ambiente tridimensionale e con il programma di
modellazione che prevede la vista dell’oggetto da più
punti di vista prima della stampa.
Non è stat






Gli alunni hanno per lo più partecipato attivamente alle attività
proposte hanno appreso l’importanza dell’osservazione e del
confronto per la classificazione di minerali e rocce
Hanno acquisito le prime basi del metodo di indagine scientifica
Le criticità rilevate sono state la mancanza di un’aula di
informatica che consentisse a tutti individualmente o a coppie di
costruire i propri modelli di minerale
La scarsa attitudine dei ragazzi a visualizzare e disegnare oggetti
tridimensionali
Difficoltà a misurare con precisione i diedri con il goniometro a
applicazione
Tempi ridotti per la fase relativa alla modellazione e stampa 3D.
Questo dovuto anche all’arrivo della strumentazione a metà
marzo.

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


Nel complesso il seguente percorso è stato
efficace e completo.
Gli alunni sono stati coinvolti e motivati a
problematizzare e modellizzare la realtà;
Hanno appreso le fasi principali del metodo
scientifico
Hanno formulato loro stessi le definizioni dei
concetti di volta in volta proposti
Hanno appreso le prime basi del software
sketchup e le fasi necessarie per la stampa di
oggetti tridimensionali.