La Palestra della Scienza
Percorsi formativi in orario curriculare
EDUCAZIONE ED ANIMAZIONE SCIENTIFICA
7 marzo 2016
Autore: Riccardo Rosini
La Palestra della Scienza
Percorsi formativi in orario curriculare
Introduzione
Il progetto “Science Fitness, la palestra della scienza … Ed il tuo nome brillerà infine più
luminoso del grande Euclide” , nelle scuole e negli Istituiti intorno al Lago di Bracciano, si
propone di coniugare la diffusione del linguaggio e della cultura scientifici assieme alle
metodologie e agli strumenti dell’Innovazione Sostenibile, ritenendo di poter in questo
modo -in parte- sopperire alla mancanza di supporti e strumenti didattico- educativi,
anche alla luce delle stime del rapporto OCSE ‘education at a glance’ 2013 sulla scuola,
in Italia.
Le tematiche ed i laboratori affrontati hanno i seguenti obiettivi formativi:
Rendere piacevoli e accattivanti i concetti scientifici e matematici utilizzando
metodologie non formali ed informali, tipiche dell’animazione e della divulgazione
scientifica;
Sviluppare la creatività e l’apprendimento con l’ausilio di “Materie Prime
Seconde” all’interno di un approccio educativo basato sul Learning by Doing
(imparare facendo) e sul Learning by Playing (imparare giocando);
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Sperimentare nuove pratiche di insegnamento e di apprendimento dei linguaggi
scientifico e matematico, là dove possibile anche con l’ausilio di nuove tecnologie.
1
I percorsi formativi proposti
I percorsi formativi proposti e concordati assieme alle insegnanti di Matematica e Scienze
delle scuole secondarie di secondo grado dell’Istituto Comprensivo – IC di Bracciano, ed
erogati dall’esperto esterno Dott. Riccardo Rosini sono stati i seguenti:
Alla scoperta degli Stati della Materia
La Fisica del Corpo Umano
Molecole e DNA
Rinnoviamo il futuro: le energie rinnovabili.
I percorsi presentati sono stati inseriti sia all’interno dei programmi curriculari svolti
dalle insegnanti, sia all’interno di progetti più ampi. Più n generale i suddetti progetti
sono stati inserito nel Piano dell’Offerta Formativa (P.O.F.) dell’Istituto. Il progetto ha
visto il coinvolgimento di 13 classi delle medie inferiori dell’Istituto Comprensivo –IC di
Bracciano, con obiettivi sia comuni, sia diversificati a seconda della classe di studenti alla
quale si proponeva lo specifico percorso formativo.
Obiettivi dei percorsi formativi
Di seguito vengono elencati gli obiettivi formativi specifici di ogni percorso formativo.
1)
Obiettivi del percorso “Alla scoperta degli Stati della
Materia”
Sperimentare il raccordo disciplinare tra la realtà che ci circonda(sia storica, sia
quotidiana) e gli sati della materia;
Osservare e comprendere il mondo reale;
Riconoscerne le caratteristiche di sistema e complessità;
Saper analizzare, costruire e confrontare alcune strutture cristalline con l’arte
degli origami;
Analizzare ed interpretare dati relativi alla misura di densità di corpi in differenti
Analizzare, interpretare e sperimentare dati relativi alla misura di densità di diversi
liquidi realizzando dei miscugli eterogenei;
Sviluppare deduzioni e ragionamenti, utilizzando il linguaggio e gli strumenti
disciplinari per la loro rappresentazione;
Apprendere e sperimentare alcune proprietà del liquido acqua: capillarità,
tensione superficiale, densità;
Apprendere e sperimentare alcune proprietà dell’aria: pressione atmosferica;
Comprendere le proprietà microscopiche dei solidi, liquidi, gas e del plasma;
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stati della Materia;
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Sperimentare le proprietà di stati della materia intermedi: i fluidi non newtoniani;
Sperimentare l’interazione dei tre stati della materia dell’acqua realizzando la
creazione di una nuvola;
Saper interagire con gli altri e comprenderne il punto di vista;
Saper affrontare situazioni problematiche e saper contribuire e a risolverle,
capacità di individuare collegamenti e relazioni.
2)
Obiettivi del percorso “La Fisica del Corpo Umano”
Sperimentare il raccordo disciplinare tra la realtà che ci circonda(sia storica, sia
quotidiana) e la fisica del corpo umano;
Osservare e comprendere il mondo reale;
Riconoscerne le caratteristiche di sistema e complessità;
Saper analizzare, costruire e confrontare leve e bilance a bracci uguali;
Analizzare, interpretare e sperimentare dati relativi alla misura di densità di diversi
liquidi realizzando dei miscugli eterogenei;
Sviluppare deduzioni e ragionamenti, utilizzando il linguaggio e gli strumenti
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disciplinari per la loro rappresentazione;
3
Apprendere e sperimentare alcune proprietà del liquido acqua: densità e
pressione idrostatica;
Apprendere e sperimentare alcune proprietà dell’aria: pressione atmosferica;
Comprendere le proprietà dei fluidi le loro applicazioni nel corpo umano;
Sperimentare le proprietà fisiche del sangue come i fluido non newtoniano;
Sperimentare la legge di Stevino e il principio di Archimede;
Sperimentare la legge di Leonardo;
Saper interagire con gli altri e comprenderne il punto di vista;
Saper affrontare situazioni problematiche e saper contribuire e a risolverle,
capacità di individuare collegamenti e relazioni.
3)
Obiettivi del percorso “Molecole e DNA”
Sperimentare il raccordo disciplinare tra la realtà che ci circonda(sia storica, sia
quotidiana) e le molecole
Osservare e comprendere il mondo reale
Riconoscerne le caratteristiche di sistema e complessità
Saper analizzare, costruire e confrontare alcune strutture molecolari, in
particolare il DNA
Analizzare ed interpretare dati relativi ad elettricità e magnetismo
Analizzare, interpretare e sperimentare dati relativi all’elettromagnetismo
Sviluppare deduzioni e ragionamenti, utilizzando il linguaggio e gli strumenti
disciplinari per la loro rappresentazione.
4)
Apprendere e sperimentare alcune proprietà degli acidi delle basi
Apprendere e sperimentare alcune proprietà degli atomi e dei legami chimici
Comprendere le proprietà elettriche e magnetiche del plasma
Saper interagire con gli altri e comprenderne il punto di vista,
Saper affrontare situazioni problematiche e saper contribuire e a risolverle,
capacità di individuare collegamenti e relazioni
Obiettivi del percorso “Rinnoviamo il futuro: le
energie rinnovabili”
Sperimentare il raccordo disciplinare tra la realtà che ci circonda(sia storica, sia
quotidiana) e le energie rinnovabili
Osservare e comprendere il mondo reale
Riconoscerne le caratteristiche di sistema e complessità
Saper analizzare, costruire e confrontare alcune parti di sistemi che producono
Analizzare ed interpretare dati relativi ad elettricità e magnetismo
Analizzare, interpretare e sperimentare dati relativi all’elettromagnetismo
Sviluppare deduzioni e ragionamenti, utilizzando il linguaggio e gli strumenti
disciplinari per la loro rappresentazione.
Apprendere e sperimentare alcune forme di energia
Apprendere e sperimentare alcune fonti di energia rinnovabile
Comprendere la differenza tra i tipi di energia e le fonti di energia
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energia
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Comprendere e sperimentare le principali modalità di trasferimento e produzione
di energia
Sperimentare la portanza
Sperimentare e comprendere i differenti utilizzi dell’energia solare e di altre fonti
di energia rinnovabili
Saper interagire con gli altri e comprenderne il punto di vista,
Saper affrontare situazioni problematiche e saper contribuire e a risolverle,
capacità di individuare collegamenti e relazioni
Tempi, fasi e ruoli
Il progetto “La Palestra della Scienza” , svoltosi in orario curriculare ed erogato attraverso
i quattro percorsi formativi su indicati, si è articolato in 13 incontri a partire dal mese di
Novembre 2015 (27/11/2015) fino a Febbraio 2016 (8/02/2016).
I quattro percorsi formativi hanno visto i seguenti tempi di erogazione:
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Un intervento della durata di due ore per ogni classe;
una durata di 6 ore per il percorso “Alla scoperta degli Stati della Materia”
( erogato alle prime delle sezioni A, D ed H);
una durata di 8 ore per il percorso “La Fisica del Corpo Umano” ( erogato alle
seconde delle sezioni A, D, H e G);
una durata di 8 ore per il percorso “Molecole e DNA”( erogato alle terze delle
sezioni A, D, H e G);
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una durata di 4 ore per il percorso “Rinnoviamo il futuro: le energie
rinnovabili”(erogato alle seconde delle sezioni E ed I);
Una durata complessiva dell’intero progetto pari a 26 ore curriculari.
Ogni intervento è stato erogato dall’esperto esterno dott. Riccardo Rosini in
compresenza con le docenti di Matematica e Scienze delle sezioni partecipanti ai singoli
percorsi.
La responsabile del progetto è stata la prof.ssa Masciulli.
I locali utilizzati per l’ erogazione dei singoli interventi sono stati i seguenti:
le aule delle classi per le sezioni A, D, H, E, I;
il laboratorio di Scienze per le classi della sezione G.
Il progetto prevedeva le singole aule come locali per l’erogazione dei percorsi formativi;
lo spostamento in altri spazi è stato preventivamente concordato con le docenti ed il
laboratorio di scienze è stato positivamente accolto come spazio adatto ed interessante
per successive proposte formative ad opera del professionista proponente il progetto.
Nella tabella 1 si riportano i titoli dei percorsi formativi, le classi coinvolte, le docenti
impegnate in compresenza con l’esperto esterno, data e durata del singolo intervento, il
numero degli/delle studenti/studentesse della classe.
Per brevità si sono usate le seguenti sigle per i 4 percorsi formativi:
Alla scoperta degli Stati della Materia (SdM)
La Fisica del Corpo Umano (FCU)
Molecole e DNA (DNA)
Rinnoviamo il futuro: le energie rinnovabili (ER)
QUADRO GENARALE DEL PROGETTO
Percorso
formativo
Classe
Orario
curriculare
Esperto
esterno
Docente
Data
Numero
studenti
SdM
IA
8:15-10:15
R. Rosini
Pallini
27/11/2015
27
SdM
ID
8:15-10:15
R. Rosini
Panunzio
30/11/2015
23
SdM
IH
9:15-11:15
R. Rosini
Pugnali
1/12/2015
25
FCU
II A
8:15-10:15
R. Rosini
Pallini
2/12/2015
21
FCU
II D
8:15-10:15
R. Rosini
Panunzio
3/12/2015
22
FCU
II H
9:15-11:15
R. Rosini
Pugnali
14/12/2015
23
FCU
II G
9:15-11:15
R. Rosini
Bisogni
19/01/2016
22
DNA
III A
9:15-11:15
R. Rosini
Pallini
9/12/2015
20
DNA
III D
11:15-13:15
R. Rosini
Panunzio
11/12/2015
23
DNA
III H
9:15-11:15
R. Rosini
Pugnali
10/12/2015
21
DNA
III G
10:15-12:15
R. Rosini
Bisogni
8/02/2016
19
ER
II E
8:15-10:15
R. Rosini
Pariciani
21/12/2015
22
ER
II I
8:15-10:15
R. Rosini
Tagliolini
12/01/2016
25
Tabella 1
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Responsabile progetto: prof.ssa Masciulli
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Osservazioni sulla tabella 1
Nel caso di interventi avvenuti in un orario avente al proprio interno la pausa per
la ricreazione si è concordato col docente la possibilità di posticipare o meno tale
pausa, a seconda delle esigenze o dell’interesse per gli argomenti mostrati da
parte della classe.
Nella colonna “docente” della tabella 1 si sono riportati i docenti di Matematica e
Scienze delle classi delle sezioni A,D, H, I, G, ma va ricordata la presenza in classe
anche di insegnanti di sostegno, A.E.C. e/o docenti supplenti.
Nella colonna “Numero studenti” è stato riportato il numero complessivo di
studenti della classe, ma va ricordato come in circa la metà degli interventi fossero
assenti uno o due studenti. Si è tempestivamente provveduto alla consegna del
materiale cartaceo anche agli/alle studenti/sse assenti.
Descrizione dei percorsi formativi
Di seguito vengono brevemente descritti sia la struttura, sia le attività svolte in un
“intervento tipo” per ciascun percorso formativo.
La struttura di ogni intervento è stata caratterizzata da cinque fasi:
FASE INTRODUTTIVA: Brainstorming e descrizione argomenti
FASE COSTRUTTIVA: Costruzione di exhibit necessari per descrivere modelli e/o per
preparare gli esperimenti
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FASE IPOTETICA: Fare ipotesi sui fenomeni oggetto dell’incontro
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FASE SPERIMENTALE: esecuzione di uno o più esperimenti
FASE CONCLUSIVA: verifica degli esperimenti ed indici di gradimento dell’incontro.
Alla scoperta degli Stati della Materia
Classi coinvolte: IA, ID,IH
FASE INTRODUTTIVA
L’esperto, con l’aiuto dei ragazzi ha introdotto i quattro stati della materia: solido,
liquido, gassoso e di plasma. Per ogni stato sono stati posizionati sulla cattedra sia un
oggetto reale, sia un modellino che rappresentava lo stato microscopico dello stato della
materia.
La situazione viene brevemente descritta nella tabella 2 e mostrata in figura 1:
STATO DELLA MATERIA
OGGETTO REALE
MODELLINO
MICROSCOPICO
Solido
Pupazzo antistress
Struttura cristallina cubica
Liquido
Bicchiere pieno di acqua
Palline(molecole)
di
polistirolo all’interno del
bicchiere
Gassoso
Un palloncino gonfio pieno Palline(molecole di aria) di
di aria
polistirolo
separate
a
distanze
casuali
sulla
cattedra.
Plasma
Sfera di Tesla
Pallina
di
polistirolo
rossa(nucleo) +Pallina di
polistirolo blu(elettrone)
Tabella 2
La tabella 2 mostra come i componenti intermedi microscopici della materia quali nuclei, elettroni, protoni, neutroni,
atomi sono stati rappresentati da modellini costituiti da palline di polistirolo di diverse dimensioni. La struttura
cristallina cubica era costituita da un cubo composto da stuzzicadenti come spigoli e palline di polistirolo per i
vertici. Per la struttura delle molecole gli stuzzicadenti rappresentavano le direzioni dei legami chimici, mentre le
palline gli atomi che le componevano.
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Modellini con palline di
polistirolo e stuzzicadenti
delle molecole di ossigeno e
di anidride carbonica.
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Figura 1
La figura mostra i quattro stati della materia: (A) solido, (B) liquido, (C) gassoso e (D) Plasma. Nel caso del nostro intervento le
molecole, gli atomi e i costituenti della materia erano sostituiti da palline di polistirolo, mentre il tronco di legno e il barattolo
sono stati rispettivamente sostituiti da un pupazzetto antistress e un bicchiere pieno di acqua.
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In figura 2 si mostrano alcune foto relative ad una sfera al plasma.
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Figura 2
La figura mostra foto di sfere al plasma e l’interazione tra il plasma in esse contenute ed il corpo umano (dita delle mani).
I ragazzi e le ragazze si sono mostrati estremamente affascinati dalla visione del quarto stato della
materia presente all’interno della sfera. L’esperto esterno ha spiegato come il Plasma sia costituito da
gas ionizzato, e di come possa interagire anche con la carica delle dita e dei palmi dei corpi umani.
I ragazzi e le ragazze, a turno, hanno toccato la superficie della sfera scoprendo come al tocco, le
radiazioni violacee emesse dal plasma si concentrassero sul palmo o sulle dita delle loro mani.
Figura 3
La fig 3 mostra i componenti di un classico esperimento di spettroscopia: la radiazione di una sorgente luminosa
investe un campione, il quale trasmette una radiazione di un altro colore. La radiazione uscente viene dunque inviata
ad uno strumento che opportunamente collegato con un rivelatore ed un PC ricostruisce le classiche figure
a”montagnette” dette spettri. In fig 3b sono mostrate le posture assunte da alcuni volontari mentre mimavano i
componenti dell’esperimento di spettroscopia.
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Successivamente l’esperto esterno ha simulato un piccolo esperimento di spettroscopia
con l’aiuto dei ragazzi/e. L’esperimento serviva a far capire come gli scienziati riescono a
“vedere” i componenti più piccoli della materia. Si è dunque brevemente accennato alla
materia costituita da molecole, atomi, protoni, neutroni ed elettroni utilizzando palline di
polistirolo di differenti dimensioni e colori, inserite le une(ad es. protoni e neutroni)
dentro le altre(ad es. il nucleo) come bamboline matrioska. La figura 3 descrive
brevemente il modello di esperimento di spettroscopia proposto alla classe.
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La simulazione ha suscitato risate composte durante la spiegazione dell’esperto,
evidenziando come il sorriso e l’ironia possano essere un ottimo veicolo per rendere
accattivanti gli argomenti scientifici.
FASE COSTRUTTIVA
In questa fase i ragazzi/e hanno costruito un modellino in origami di un tetraedro di
Silicio, una caratteristica struttura cristallina dello Stato solido della materia. Il modellino
poteva aprirsi e al proprio interno è stato inserita una faccina rappresentante un atomo di
Silicio(Si); i vertici del tetraedro sono stati indicizzati con la lettera O ad indicare l’atomo
di Ossigeno. La seguente figura mostra un modello di tetraedro di Silicio ed un tetraedro
di origami.
Va osservato come sia per motivi strutturali, sia per motivi legati al tempo di intervento
nelle singole classi questa fase non sia stata rigorosamente rispettata in tutte le prime.
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La fase costruttiva e manipolativa è stata comunque assicurata a tutte le classi durante la
preparazione degli esperimenti.
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FASE IPOTETICA
A seguito della costruzione degli apparati sperimentali, l’esperto esterno ha posto delle
domande previsionali sugli esperimenti eseguiti nella fase sperimentale.
FASE SPERIMENTALE
In questa fase si sono introdotti degli esperimenti legati alle proprietà di alcuni stati della
materia, in particolare liquido e gassoso.
Per lo stato gassoso e più in generale quello di fluido si è mostrata la portanza. I ragazzi
hanno ritagliato una striscia di carta da un foglio A4 larga circa 5cm. Successivamente la
striscia è stata avvolta a forma di anello ed usando una cannuccia si è simulato lo
spostamento di aria nelle vicinanze dell’anello disposto sul banco come una ruota. In
particolare si è visto come l’anello si muovesse in avanti sia soffiando con la cannuccia
dietro all’anello, sia soffiando con la cannuccia portata sopra l’anello stesso, con
l’angolazione mostrata in figura 4b.I ragazzi hanno scoperto come lo spostamento di aria
davanti l’anello, causato dal soffio della cannuccia provocasse una diminuzione di
pressione di aria nella zona anteriore l’anello:dunque davanti l’anello vi era meno
pressione, dietro di esso una pressione maggiore provocando una forza netta complessiva
in grado di far muover l’anello in avanti, forza nota come portanza e responsabile anche
del volo degli aerei). E’ stato evidente come l’anello potesse correre, con l’angolazione
giusta della cannuccia sempre nella stessa direzione del getto di aria. Il fenomeno ha anche
evidenziato come un aumento della velocità dell’aria col soffio provocasse una
diminuzione della pressione idrostatica di un fluido. L’esperto ha mostrato come questa
legge fosse stata scoperta dal fisico svizzero Daniel Bernoulli.
Figura 4
Per quanto riguarda lo stato dei liquidi si sono eseguiti due esperimenti che mettevano in
luce le grandezze fisiche di densità e pressione . L’esperto esterno ha infatti spiegato
come la densità fosse una proprietà in grado di caratterizzare le sostanze in diversi stati
della materia e come questa potesse variare al variare della temperatura e del
cambiamento di stato di aggregazione della materia.
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In fig 4 sono mostrate le due configurazioni dell’esperimento sulla portanza dell’aria.
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Primo esperimento: miscugli eterogenei.
In questo esperimento ogni ragazzo/a ha riempito una siringa priva di ago con acqua, olio
e detersivo(sapone) per piatti, osservando come il sapone andasse a fondo, l’acqua
rimanesse in uno strato intermedio, l’olio si depositasse sullo strato più alto. Per marcare
meglio l’acqua i ragazzi e le ragazze l’hanno colorata aggiungendovi del colorante
alimentare.
La configurazione dei tre strati è riportata nella figura 5.
Figura 5
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La figura mostra i tre strati di sapone(il più basso e verde), acqua (nello strato intermedio)e olio (strato più alto e di
color giallo).
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Successivamente l’esperto ha chiesto ai ragazzi perché i liquidi si posizionassero su strati
diversi. Molti hanno risposto che una sostanza era più leggera dell’altra. L’esperto ha
enfatizzato come questo essere” più leggere” o “più pesanti” delle tre sostanze fosse
causato dalle tre diverse densità per le tre sostanze: i liquidi a fondo avevano una densità
maggiore rispetto a quelli presenti negli strati più in alto.
I tutte le classi qualche ragazzo ha anche inavvertitamente agitato meccanicamente la
siringa: l’esperto ha mostrato come in questo modo le tre sostanze si miscelassero. In
particolare l’acqua e l’olio che se agitati senza sapone sono immiscibili, con la presenza
del detersivo riescono a miscelarsi con la produzione di bolle verso la parte più alta della
siringa. La capacità di detersivi di rendere sostanze insolubili solubili in acqua è la stessa
che consente ad esempio di togliere l’unto dalle nostre mani quando le lavimao col
sapone!!
Secondo esperimento: misure di densità.
Ogni ragazzo/a ha riempito un bicchiere di acqua.
Utilizzando delle bilance da cucina, i ragazzi hanno misurato la massa del bicchiere
riempito di acqua. Successivamente, usando una siringa graduata da 10 o 20 ml, i ragazzi
hanno prelevato 5ml di acqua presenti nel bicchiere e li hanno svuotati in una vaschetta di
alluminio. L’operazione è stata ripetuta fino a quando il bicchiere non è stato
completamente svuotato di acqua. Ad ogni operazione i ragazzi hanno annotato il valore
di volume misurato su di una scheda. Al termine delle operazioni hanno eseguito la
somma ottenendo il volume complessivo dell’acqua contenuta nel bicchiere e lo hanno
convertito sia in centimetri cubi, sia in metri cubi . Successivamente ogni ragazzo ha
diviso la massa per il volume ricavando la densità dell’acqua. La densità è stata calcolata
sia in g/cm3, sia in Kg/m3. I valori ottenuti erano vicini al valore riportato in una tabella
presentato dall’esperto, ovvero 1 g/cm3, oppure 1000 Kg/m3 . E’ stato enfatizzato come
i differenti valori ottenuti della densità dell’acqua fossero dovuti alla presenza di errori di
varia natura che si commettono inevitabilmente quando si eseguono delle misure
sperimentali.
L’esperto ha anche spiegato come fosse possibile misurare la densità di corpi solidi
eseguendo misure di volume con il principio di Archimede.
Ogni ragazzo/a ha eseguito le seguenti operazioni:
Ha versato dell’acqua in un piatto di plastica
Ha colorato l’acqua con del colorante alimentare
Ha posizionato un lumino al centro del piatto
Ha acceso il lumino con l’aiuto dell’esperto
Ha coperto il lumino acceso con un bicchiere di vetro capovolto
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Terzo esperimento: attenzione alla pressione.
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Prima di procedere all’accensione del lumino l’esperto ha anticipato le fasi successive ed
ha chiesto ai ragazzi cosa accadesse una volta che il lumino fosse coperto dal bicchiere.
Quasi tutti i ragazzi si aspettavano che il lumino si spegnesse a causa della diminuzione
dell’ossigeno presente attorno ad esso(viene consumato durante la reazione di
combustione), ma molti non si aspettavano che potesse accadere anche altro.
Proseguendo l’esperimento si è infatti notato come si spegnesse il lumino, ma anche
come l’acqua sotto il lumino e presente nel bicchiere salisse.
L’esperto ha evidenziato come lo spegnimento della fiamma del lumino provocasse una
diminuzione di temperatura dell’aria e una conseguente diminuzione del suo volume.
Dunque l’aria all’interno del bicchiere si comprime occupando meno spazio, ed il livello
dell’acqua nel bicchiere sale. La situazione è descritta nella figura 6.
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Figura 6
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In fig 6 (A) si osserva il lumino ancora acceso. In fig. 6 (B) il lumino è spento ed è salito il livello dell’acqua
colorata. Il fuoco consuma tutto l’ossigeno presente nel bicchiere. Terminato l’ossigeno la fiamma si spegne
provocando una diminuzione della temperatura dell’aria e dunque del suo volume. L’aria si comprime e il livello
dell’acqua colorata sale verso l’alto.
Quarto esperimento: la comprimibilità dell’aria e dell’acqua.
Ogni ragazzo/a è stato dotato di una siringa. Premendo con il dito sul becco cavo della
siringa e provando a spingere lo stantuffo della siringa si è osservato come lo stantuffo
potesse agevolmente scorrere tornando quasi nella posizione iniziale. In questo caso la
siringa era piena di aria.
Si è poi eseguito lo stesso esperimento riempiendo l’intera siringa di acqua. I ragazzi e le
ragazze hanno osservato come in questa seconda situazione non fosse possibile
comprimere l’acqua. Dunque l’aria, è un gas e risulta essere comprimibile; l’acqua, un
liquido, risulta essere incomprimibile, come mostrato in figura .
L’esperto esterno ha fatto notare come questa situazione fosse legata sia allo stato di
aggregazione della materia delle sostanze, sia alle particolari condizioni di temperatura e
pressione in cui esse erano immerse.
Figura 7
La figura mostra come il liquido acqua sia incomprimibile.
Quinto esperimento: fluidi non newtoniani.
Il quinto esperimento ha mostrato come in natura fossero presenti stati di aggregazione
della materia in grado di esibire proprietà intermedie tra liquidi e solidi.
Ogni ragazzo/a ha eseguito le seguenti fasi:
Ha aggiunto acqua nella bacinella dosandola con una siringa
La sostanza ottenuta, una volta pronta, presentava i seguenti comportamenti:
a) Se si muoveva lentamente la bacinella, la sostanza scorreva lungo le pareti come
un liquido;
b) Se la bacinella si capovolgeva bruscamente per poi riportarla nella posizione
iniziale, la sostanza non cascava a terra mostrandosi compatta come un solido;
c) Se si appoggiava un dito sulla superficie della sostanza, il dito affondava in essa
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Ha riempito una bacinella di plastica con della maiezena, amido di mais
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d) Se si muovevano velocemente le dita della mano sulla superficie della sostanza,
esse rimanevano in superficie senza affondare.
e) Se si dava una pugno deciso sulla superficie della sostanza, essa si comportava in
modo compatto come un solido
I ragazzi e le ragazze hanno osservato come questa sostanza si potesse comportare sia
come un liquido se sottoposta a lievi pressioni, sia come un solido se sottoposta a brusche
e forti pressioni ad esempio schiacciandola, premendola o spingendola. Foto legate alla
preparazione e alle proprietà del fluido non newtoniano sono mostrate nelle figure 8 e 9.
L’esperto ha spiegato come queste proprietà fossero legate alla struttura delle molecole
dell’amido di mais. Quest’ultimo infatti, presenta molecole dette polimeri molto lunghe
e disposte una sopra l’altra come fogli ripiegati a zig zag; a seconda della direzione delle
pressioni i polimeri (i fogli) si possono compattare oppure scorrere, come mostrato in
figura 10.
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L’esperto ha infine enfatizzato come le sostanze che cambiano la propria densità al
variare delle pressioni (dette SFORZI DI TAGLIO) ad esse impresse prendono il nome
di fluidi non newtoniani.
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Figura 8
La figura mostra gli ingredienti e gli strumenti utilizzati per la formazione del fluido non newtoniano .
Figura 9
La figura mostra le possibili sollecitazioni a cui può essere sottoposto un fluido non newtoniano
(A)
(B)
(C)
Si mostra un modellino delle
catene
polimeriche
dell’amido di mais(i fogli
rappresentano i polimeri di
amido)
Se sulle catene si esercita uno
sforzo di taglio come
mostrato in figura le catene si
compattano: il fluido esibisce
un comportamento solido
Se sulle catene di amido si
esercita uno sforzo laterale,
le catene scivolano una sopra
l’altra: il fluido esibisce un
comportamento liquido
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Figura 10
18
L’esperimento ha riscosso molto successo sia tra i ragazzi, sia tra le ragazze mostrando come la
semplicità di preparazione e la manipolazione elementare siano importanti vie da percorrere per
rendere accattivanti e piacevoli e i fenomeni scientifici.
FASE CONCLUSIVA
Nella fase conclusiva, l’esperto ha distribuito a ciascun ragazzo/a, delle schede aventi
immagini relative ai concetti fondamentali associati all’intervento.
DENSITA’
Temperatura crescente
• La
den-si-tà
è
una
pro-prie-tà
in-ten-si-va del-la ma-te-ria poi-ché non
di-pen-de dal-la quan-ti-tà di ma-te-ria
pre-sen-te nel cam-pio-ne
• La den-si-tà, va-ria al va-ria-re del-la
tem-pe-ra-tu-ra del cam-pio-ne.
• Per qua-si tut-ti i ma-te-ria-li, l’au­men­to
di tem-pe-ra-tu-ra fa di-mi-nui-re la
den-si-tà, per-ché au-men-ta il vo-lu-me.
VOLUME
1 L = 0,001 m3 = 1 dm3 = 1000 cm3 = 1000 mL
1 mL = 1 cm3 = 0,001 dm3
• Sol-tan-to il ghiac-cio e po-che al-tre
so-stan-ze fan-no ec-ce-zio-ne a que-sta
re-go-la.
PESO SPECIFICO
Energia crescente
1mL = 1cm3
Successivamente è stato chiesto ad ogni ragazzo/a di scrivere su dei post it le impressioni
legate agli esperimenti e all’esperienza nono formale proposte.
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Nelle immagini seguenti si riportano alcuni post it e i cartelloni delle prime classi.
19
20
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21
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La Fisica del Corpo
Classi coinvolte: IIA, IID,IIH, IIG
FASE INTRODUTTIVA
L’esperto, dopo essersi presentato, ha introdotto gli argomenti correlati al corpo umano
ed oggetto della lezione non formale che avrebbe fatto in classe.
Gli argomenti trattati e attinenti alla fisica del corpo umano sono stati:
1)
2)
3)
4)
Le forze
Le leve e leve nel corpo umano
Il sangue come fluido non newtoniano
Il principio di Archimede per spiegare come il corpo umano possa galleggiare in
acqua
5) Esperimenti qualitativi per capire le connessioni tra la pressione e le velocità del
sangue nei vasi sanguigni
Figura 11
Modello di molla colorata utilizzata per introdurre in modo intuitivo il concetto di Forza
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L’esperto ha quindi introdotto il concetto di forza avvalendosi di una molla colorata come
quella mostrata in figura 11.
22
Chiedendo a qualche ragazzo di reggere un’estremità di una molla si è fatto osservare
come esistesse un’analogia tra le quattro proprietà che descrivono una forza e le
possibilità con cui è possibile muovere una molla. La tabella 3 mostra le analogie
associate tra i movimenti di una molla e le proprietà di una forza.
PROPRIETA’ FORZA
MOVIMENTI
MOLLA
POSSIBILI
DI
UNA
direzione
La deformazione può avvenire lungo tutte
le direzioni
Verso(2 versi per ogni direzione)
La molla può allungarsi o comprimersi(due
movimenti per ogni direzione)
Intensità(misurata in Newton)
La lunghezza dell’allungamento o della
compressione
Punto di applicazione(punto in cui si La molla può essere deformata
applica la forza)
impugnandola
in
punti
differenti(un’estremità, al centro della sua
lunghezza, etc)
Tabella 3
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L’esperto ha anche osservato come l’intensità di una forza rappresenti da un punto di vista
squisitamente intuitivo lo sforzo maggiore o minore che ad esempio compiamo per
spostare degli oggetti.
23
Dalla tabella 3 si è dedotto come i fisici e gli scienziati trovino comodo ed utile
rappresentare le forze utilizzando delle frecce, chiamate vettori. Da quel momento in poi
ogni forza utile alla lezione è stata mostrata utilizzando una freccia di cartone. In figura
12 si riportano le quattro proprietà che definiscono una forza.
Figura 12
La figura mostra le 4 proprietà che descrivono una forza: intensità, direzione, verso e punto di applicazione.
Dopo aver introdotto le forze l’esperto ha introdotto le leve come dei dispositivi
costituiti da un punto di appoggio, detto fulcro e un’asta.
Fig 13. Dall’alto verso il
basso si mostrano le leve di
primo genere(fulcro al
centro), secondo
genere(Resistenza tra
Potenza e Fulcro), terzo
genere (Potenza tra
Resistenza e Fulcro)
Fig 14. (A) Una forbice,
costituite da 2 leve di primo
genere;
(B) Uno schiaccianoci,
costituito da 2 leve di
secondo genere
Figura 13
Figura 14
(C)Una pinza per il ghiaccio
costituita da due leve di
terzo genere
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Con l’aiuto dei ragazzi e avvalendosi di un’opportuna strumentazione costituita da una
barra di legno, un punto di appoggio di legno, alcuni pesetti e dei cartoncini segna-posto,
sono state introdotti i tre generi di leve e le loro applicazioni sia in alcuni strumenti
utilizzati dall’uomo, sia osservando la loro presenza all’interno dell’apparato locomotore
presente nel corpo umano. Le seguenti figure mostrano i generi, gli strumenti e le
articolazioni presentati ai ragazzi e alle ragazze.
24
L’esperto ha introdotto i seguenti concetti:
Resistenza, la forza che si vuole vincere;
Potenza, la forza che si applica per vincere la resistenza;
Il fulcro, un punto fisso intorno al quale può ruotare l’asta
Il braccio, la distanza tra il fulcro e il punto in cui si applica la forza(si distingue tra
braccio della potenza e braccio della resistenza).
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Le leve nel corpo umano sono state descritte come nelle didascalie presentate in figura 15
sia avvalendosi del corpo umano dei presenti(l’esperto mostrava il movimento associato al
sistema di leve in esame muovendo le articolazioni del proprio corpo), sia utilizzando il
modello dello scheletro presente nel laboratorio di scienze.
25
Figura 15
La figura mostra alcun sistemi di leve presenti nel corpo umano. Queste leve si inseriscono all’interno dell’apparato
locomotore costituito da muscoli scheletrici, ossa, articolazioni e punti di appoggio. In questi sistemiil fulcro è disolito
costituito da un ‘articolazione o un punto di appoggio o di presa, la potenza caratterizzata dalla forza dei muscoli,
la resistenza costituita da un peso o dalla gravità.
(Primo genere) Il fulcro è l’articolazione, la resistenza il peso del capo, la potenza i muscoli posteriori del collo
(Secondo genere) Il fulcro è rappresentato dalle dita, la resistenza dal peso che grava sulla caviglia, la potenza dai
muscoli gemelli
(Terzo genere) Il fulcro è l’articolazione del gomito, la resistenza il peso dell’avambraccio, la potenza la forza
esercitata dal muscolo bicipite branchiale
FASE COSTRUTTIVA e FASE IPOTETICA
Entrambe le fasi verranno essenzialmente descritte durante la descrizione della fase
sperimentale. Va ricordato come in questo percorso la fase costruttiva si sia
essenzialmente caratterizzata dalla costruzione degli apparati sperimentali.
FASE SPERIMENTALE
Primo esperimento: una leva di primo livello, la bilancia a bracci uguali.
Figura 16
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Ogni ragazzo/a ha costruito una bilancia a bracci uguali usando un barattolo di vetro, una
molletta, una vite,uno spiedino, del nastro adesivo di carta, come mostrato in figura 16.
26
Guardando la figura 16 si notino le seguenti osservazioni:
Per favorire l’equilibrio quando il righello eraparallelo al piano d’appoggio si è
abbassato il baricentro del sistema fissando una vite pesante e/o un bullone alla
parte inferiore della molletta;
Il righello, lungo 15 centimetri è stato posizionato in modo tale che il suo centro,
circa 7,5 cm, cada al centro della parte superiore della molletta;
La bilancia è stata opportunamente equilibrata fissando parallelamente al piano di
appoggio delle graffette(una per ogni estremità).
Le graffette poste perpendicolarmente al piano d’appoggio ed agganciate le une
alle altre hanno rappresentato i pesi e dunque le forze associate alla leva di primo
genere costruita.
Una volta costruito l’apparato sperimentale, i ragazzi hanno inserito diverse graffette a
destra e sinistra del fulcro; il numero di graffette era l’unità di misura con cui si sono
misurate la Potenza e la Resistenza. Successivamente sono state misurate direttamente sul
righello le distanze associate al braccio della resistenza e al braccio della potenza. Infine
sono state eseguite le moltiplicazioni per determinare i momenti associati ad entrambe le
forze.
Ogni ragazzo/a ha quindi riempito la scheda mostrata in figura 17, osservando come
l’equilibrio o il disequilibrio presente nel sistema fosse dovuto rispettivamente,
all’uguaglianza o alla disuguaglianza tra i momenti delle due forze.
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I due momenti sono stati modificati sia cambiando il numero di graffette, sia variando i
due bracci ad essi associati.
27
Figura 17
La figura mostra la scheda riempita dai ragazzi e dalle ragazze durante l’esperienza eseguita in classe.
Secondo esperimento: il sangue come fluido non newtoniano
L’esperto ha considerato un’altra importante applicazione associata alla fisica del corpo
umano: le proprietà fisiche del sangue.
Dopo aver introdotto la composizione del sangue mostrando un A3 plastificato
rappresentante la figura 18, l’esperto ha descritto brevemente il processo di centrifuga
che consente di separare in un laboratorio di analisi la parte liquida da quella corpuscolare
del sangue: la separazione sfrutta la differente densità delle due parti.
Figura 18
La figura mostra la composizione del
sangue: 55% plasma, 40% globuli
rossi, 5% globuli bianchi e piastrine.
Ogni ragazzo/a ha quindi “costruito” il suo modello di sangue viscoso realizzando il un
fluido non newtoniano. Il fluido è stato ottenuto miscelando maiezena, acqua e colorante
alimentare rosso in una bacinella di plastica. Per evitare inutili sprechi, i ragazze e le
ragazze hanno dosato l’acqua miscelata con l’amido di mais utilizzando una siringa(priva
di ago).
La sostanza ottenuta, una volta pronta, presentava i seguenti comportamenti:
a) Se si muoveva lentamente la bacinella, la sostanza scorreva lungo le pareti come
un liquido;
b) Se la bacinella si capovolgeva bruscamente per poi riportarla nella posizione
iniziale, la sostanza non cascava a terra mostrandosi compatta come un solido;
c) Se si appoggiava un dito sulla superficie della sostanza, il dito affondava in essa
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L’esperto ha inoltre spiegato come il sangue fosse un fluido molto viscoso e di fatto
rappresentasse le proprietà di una sostanza chiamata “ fluido non newtniano”.
28
d) Se si muovevano velocemente le dita della mano sulla superficie della sostanza,
esse rimanevano in superficie senza affondare.
e) Se si dava una pugno deciso sulla superficie della sostanza, essa si comportava in
modo compatto come un solido
I ragazzi e le ragazze hanno osservato come questa sostanza si potesse comportare sia
come un liquido se sottoposta a lievi pressioni, sia come un solido se sottoposta a brusche
e forti pressioni ad esempio schiacciandola, premendola o spingendola.
L’esperto ha spiegato come queste proprietà fossero legate alla struttura delle molecole
dell’amido di mais nel caso del modello realizzato in classe. Nel caso del sangue, esso
presenta le stesse proprietà del modello a causa della sua elevata viscosità dovuta alle
parti(plasma e parte corpuscolare) che lo costituiscono.
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Foto legate alla preparazione e alle proprietà del fluido non newtoniano sono mostrate
nelle figure 19 e 20.
29
Figura 19
La figura mostra gli ingredienti e gli strumenti utilizzati per la formazione del fluido non newtoniano.
Figura 20
L’esperimento ha riscosso molto successo sia tra i ragazzi, sia tra le ragazze mostrando come la
semplicità di preparazione e la manipolazione elementare siano importanti vie da percorrere per
rendere accattivanti e piacevoli fenomeni e modelli scientifici.
Terzo esperimento: il principio di Archimede
Un altro importante principio legato al corpo umano è il principio di Archimede.
L’esperto ha dunque enfatizzato come la respirazione umana fosse un meccanismo in
grado di garantire alla macchina “corpo umano” la capacità di modificare la propria densità
così da poter galleggiare sulla superficie dell’acqua. A titolo esemplificativo l’esperto ha
mostrato una bacinella piena d’acqua(simulante un bacino pieno d’acqua) e un’altra
bacinella di plastica sopra di essa. Si osservato come nelle condizioni inziali, la bacinella
fosse piena di aria e presentasse una densità media inferiore a quella dell’acqua. Se la
bacinella, simulante in corpo umano, iniziasse a respirare, essa dovrà avere sia un po'
d’acqua, sia un po' d’aria(l’esperto ha dunque versato un po' di acqua nella bacinella
inizialmente vuota): la bacinella si è abbassata di poco, ma continuava ancora a
galleggiare.
Questa situazione è quella che avviene ogni volta che ci troviamo a fare il morto a galla.
L’esperto ha inoltre approfondito come fosse importante, per restare a galla, la natura e
la conformazione della bacinella(forma e materiale); allo stesso modo per il corpo umano
è di fondamentale importanza la conformazione delle ossa e dell’apparato scheletrico. Si è
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L’esperto ha chiesto ai ragazzi e alle ragazze se sapessero perché i nostri corpi fossero in
grado di galleggiare in mare e fare il morto a galla. Qualcuno ha accennato alla densità.
30
infatti ricordato come esistano persone, le quali, a causa della conformazione delle loro
ossa non riescano a galleggiare in acqua.
Quarto esperimento: pressione e velocità nei vasi sanguigni
Anche questo esperimento è stato presentato dall’esperto. Egli ha mostrato come
all’interno di una siringa, fosse presenta una strozzatura dovuta al suo becco. Collegando
un tubo di sezione complessiva inferiore a quella della siringa, l’esperto, con l’aiuto di un
volontario, ha versato dell’acqua in questo sistema: la classe, dopo aver fatto delle ipotesi
sulla velocità di flusso dell’acqua che sarebbe passata attraverso i due condotti, ha
osservato come la velocità del flusso all’interno del tubo più piccolo aumentasse
vistosamente.
Successivamente l’esperto ha mostrato, riempiendo di acqua una bottiglia con dei fori a
diverse altezze, come i getti di acqua uscenti da questi, avessero pressioni differenti(a
pressioni maggiori corrispondeva un getto di acqua più lontano). I ragazzi hanno dunque
osservato come la pressione idrostatica di un fluido dipenda dalla profondità alla quale si
misura la pressione. Questa legge, ha enfatizzato l’esperto è nota come legge di Stevino.
L’esperto ha dunque messo assieme i concetti dei precedenti esprimenti facendo notare ai
ragazzi/e come il sangue al’’interno del corpo umano dovesse seguire entrambi i
fenomeni precedentemente osservati.
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Collegando infine una siringa dal diametro molto grande, a delle siringhe dal diametro più
piccolo con un sistema di tubi e fori, si è visto come versando l’acqua nella sirigna più
grande, la velocità del flusso uscente dalle siringhe più piccole non aumentasse come nel
caso di una singola strozzatura all’interno di un vaso.
31
L’esperto ha infatti notato come il prodotto tra velocità e sezione che si manteneva
costante era il prodotto tra la velocità e la sezione complessiva di tutti i tubi (numero di
tubi X sezione del singolo tubo): tutto ciò porta ad una complessiva diminuzione della
velocità del flusso nei singoli tubi di diametro inferiore.
Questo meccanismo è fortemente evidente in sistemi di distribuzione in cui dei fluidi
passano da un vaso a diametro grande, a moltissimi vasi con diametro molto piccolo:
questo sistema di distribuzione è caratteristico del sistema dei vasi sanguigni dell’apparato
circolatorio del corpo umano. L’esperto ha osservato come il rallentamento di velocità
del sangue all’interno dei capillari fosse indispensabile per far avvenire lo scambio di
sostanze nutritive ed ossigeno tra il sangue e i tessuti umani.
Si è inoltre osservato come versando dell’acqua da un recipiente ad un altro, la
dimensione della sezione del getto di acqua diminuisse verso il basso:si stava osservando
un ulteriore applicazione della legge di Bernoulli. A causa della gravità, la velocità del
getto viene accelerata; un aumento di velocità provoca un naturale restringimento della
sezione del flusso: il prodotto tra velocità e sezione doveva rimanere costante!
FASE CONCLUSIVA
Nella fase conclusiva, l’esperto ha distribuito a ciascun ragazzo/a, delle schede aventi
immagini relative ai concetti fondamentali associati all’intervento.
Successivamente è stato chiesto ad ogni ragazzo/a di scrivere su dei post it le impressioni
legate agli esperimenti e all’esperienza nono formale proposte.
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Nelle immagini seguenti si riportano alcuni post it e i cartelloni delle seconde classi.
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Dai commenti presenti nei post it, appare evidente come l’esperienza che sia maggiormente piaciuta
sia stata quella del fluido non newtoniano colorato come “modello” del sangue.
Alcuni ragazzi sono rimasti colpiti dagli esperimenti sulle leve, mentre è emerso il desiderio, da parte
di molti ragazzi/e, di rifare gli esperimenti proposti dall’esperto esterno.
Molecole e DNA
Classi coinvolte: IIIA, IIID,IIIH, IIIG
A seguito di un breve brainstorming l’esperto ha introdotto la struttura atomica e i legami
chimici differenziando i legami ionici da quelli covalenti. Questa breve introduzione è
stata caratterizzata dall’uso di paline di polistirolo e recipienti per “simulare” atomi e
legami.
Successivamente si è introdotta la molecola del DNA (Acido desossiribonucleico).
Palline, stuzzicadenti e strisce di carta sono stati utilizzati per definire nucleotidi(basi
azotate, zucchero, gruppo fosfato); si è anche enfatizza la struttura a doppia elica che
caratterizza la molecola di DNA.
FASE COSTRUTTIVA
Ogni ragazzo/a ha costruito un modellino di DNA usando un A4 trasparente, un
pennarello e una riga. Il modellino proposto è mostrato in figura 21
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FASE INTRODUTTIVA
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Figura 21
La figura mostra il modello di DNA costruito dai ragazzi e dalle ragazze in classe. Nel modello si osservano sia la
struttura del DNA, sia l’appaiamento caratteristico delle basi azotata(A-T, C-G)
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FASE IPOTETICA
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Per questa fase si guardi la fase sperimentale.
FASE SPERIMENTALE
Ogni ragazzo, usando bicchieri e bacinelle di plastica ha proceduto all’estrazione del DNA
da una banana. L’esperimento è stato caratterizzato dalle seguenti fasi:
a) Schiacciamento di mezza banana, creando un purea di banana. Questa fase ha
consentito di rompere le parti cellulari
b) Si è versato del detersivo al fine di sciogliere le pareti cellulari
c) Si è aggiunto un pizzico di sale per facilitare il raccoglimento della molecola di
DNA
d) Alla poltiglia così formata si sono tolte bolle di aria che si formavano mescolando i
tre ingredienti
e) Si è proceduto al filtraggio del miscuglio ottenuto utilizzando opportuni filtri.
Questo procedimento è stato effettuato un paio di volte al fine di rendere la
soluzione più pura.
f) Alla soluzione ottenuta si è aggiunto alcol etilico denaturato precedentemente
tenuto al freddo. Questa operazione è stata indispensabile per facilitare la
formazione di uno strato proteico all’interno della soluzione.
L’esperto ha infine chiarito come il materiale estratto fosse costituito sia da proteine, dia
da DNA
Figura 22
Il DNA si scioglie in alcol formando dei filamenti gelatinosi. L’alcol , più leggero galleggia sopra la soluzione formta
da sale, detersivo e purea di banane. La figura mostra come i filamenti ottenuti siano facilmente estraibili. La figura
mostra foto scattate in classe durante l’esperimento.
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I ragazzi e le ragazze, a seguito di alcune domande dell’esperto hanno osservato l’aspetto
filamentoso del DNA e delle proteine estratte. Il materiale estratto è mostrato in figura
36
L’esperto ha infine osservato come inviando raggi X e facendo una sorta di “lastre” al
DNA sia possibile ottenere delle immagini a forma di X, dalle quali, gli scopritori del
DNA(Watson e Crick) hanno dedotto la tipica struttura a doppia elica. La tecnica è
chiamata diffrazione a raggi X ed è brevemente descritta nella figura 23
Figura 24
La figura mostra la tecnica della diffrazione a raggi X, con la quale è stata scoperta la struttura del DNA.
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E’ stata infine mostrata la prima foto del DNA, ottenuta dalla ricercatrice
Rosalind Franklin come mostrato in figura 24.
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Figura 24
La figura mostra la prima foto della storia scattata al DNA, ricavata con la diffrazione a raggi X. L’immagine a
forma di X è compatibile con una forma elicoidale.
FASE CONCLUSIVA
Nella fase conclusiva, l’esperto ha distribuito a ciascun ragazzo/a, delle schede aventi
immagini relative ai concetti fondamentali associati all’intervento.
LA MOLECOLA DI DNA: ACIDO DESOSSIRIBONUCLEICO
FORZE ELETTROSTATICHE
ACIDI E BASI
LEGAMI CHIMICI
Successivamente è stato chiesto ad ogni ragazzo/a di scrivere su dei post it le impressioni
legate agli esperimenti e all’esperienza nono formale proposte.
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Nelle immagini seguenti si riportano alcuni post it e i cartelloni delle seconde classi.
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Dai commenti dei ragazzi e delle ragazze appare evidente come estrarre il DNA sia stato
sia un esperimento sorprendente, sia un’esperienza divertente e da ripetere col gruppo
classe, nel rispetto dei tempi di ciascuno(ogni ragazzo/a infatti ha potuto singolarmente
effettuare questo esperimento).
Rinnoviamo il futuro: le energie rinnovabili
Classi coinvolte: IIE, II I
FASE INTRODUTTIVA
L’esperto ha introdotto i concetti di forza e spostamento, entrambi rappresentati da
vettori, come mostrato in figura 25. Le quattro proprietà di una forza sono state mostrate
anche con l’ausilio di una molla-giocattolo. Dunque forza e spostamento sono
rappresentabili con delle frecce.
Figura 25
Successivamente è stato introdotto il concetto di Lavoro come il prodotto tra l’intensità
della forza e lo spostamento, nell’ipoetesi che esse siano parallele e concordi e che la fora
sia uniforme. L’uniformità di una forza è stata sviscerata immaginando che una forza è
uniforme se in un qualsiasi possibile punto di applicazione dello spazio, la freccetta che la
rappresenta ha sempre lo stesso verso, la stessa direzione e la stessa lunghezza(intensità
della forza).
FASE COSTRUTTIVA
Durante questa fase i ragazzi e le ragazze hanno costruito un pendolo elettrostatico, come
mostrato in figura 26.
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La figura mostra le 4 proprietà che descrivono una forza: intensità, direzione, verso e punto di applicazione.
42
Figura 26
La figura mostra il pendolo elettrostatico costruito dai ragazzi e dalle ragazze in classe.
Il pendolo è stato costruito utilizzando due mollette, uno spiedino da cucina, una
cannuccia che lo ha ricoperto, un pezzo di spago e un pezzo di carta stagnola argentata.
Nella fase sperimentale si descriverà sia l’esperimento eseguito con questo strumento, sia
il momento in cui è stato introdotto all’interno della lezione.
FASE IPOTETICA
Per questa fase si guardi la fase sperimentale
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FASE SPERIMENTALE
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Dopo aver introdotto il concetto di forza, ogni ragazzo/a ha misurato il lavoro che
compiuto dalla forza dei muscoli della mano e del braccio per estrarre lo stantuffo da una
siringa. L’esperto ha enfatizzato come la forza necessaria per estrarre lo stantuffo si è
immaginata almeno uguale a quello esercitata dalla pressione idrostatica dell’aria sulla
superficie dello stantuffo. Le misure di diametro e spostamento dello stantuffo sono state
effettuate con dei righelli(sensibilità 1 mm),la pressione si è posta pari a 1 atm. In figura
27 si riporta la scheda distribuita ai ragazzi/e e successivamente da loro compilata.
Figura 27
La figura mostra la scheda compilata dai ragazzi/e per determinare il lavoro compiuto dalla mano per estrarre lo
stantuffo dalla siringa.
L’esperto ha quindi definito l’energia come la capacità dei sistemi fisici(di un corpo) di
compiere lavoro, producendo spostamenti nello spazio.
Dunque assieme ai ragazzi e alle ragazze si sono introdotte differenti forme di energia
(energia termica, elettrostatica, magnetica, etc…). Ogni forma di energia può essere
convertita in lavoro e dunque può produrre un movimento.
Si è dunque introdotto l’esperimento del pendolo elettrostatico.
Ogni ragazzo/a, dopo averne costruito uno(come già visto nella FASE COSTRUTTIVA),
ha elettrizzato per strofinio un palloncino precedentemente gonfiato con un panno di
lana. Avvicinando il palloncino carico al pezzettino di carta stagnola, essa si allontanava,
in quanto veniva a sua volta elettrizzata per induzione elettrostatica. L’effetto
complessivo è stata la comparsa di una forza, la forza elettrostatica in grado di produrre
uno spostamento e dunque un lavoro.
Poiché l’energia associata al movimento viene chiamata energia cinetica, il lavoro
compiuto dalla forza elettrostatica si è convertito in energia cinetica per il pezzettino di
carta stagnola.
In sintesi:
ogni tipo di forza può produrre lavoro;
ad ogni forza può essere associata una certa forma di energia(energia potenziale)
convertibile in lavoro.
Il lavoro compiuto da una forza è associato al movimento e viene convertito in
energia cinetica.
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L’esperto ha enfatizzato come l’esperimento potesse essere descritto anche in termini di
energia elettrostatica(dovuta ai corpi che si attraggano o respingono) che veniva
convertita in lavoro.
44
Dunque l’esperto ha ricordato come l’energia sia un “qualcosa” che si trasforma ed
esistano diverse forme di energia classificabili in tre modalità:
a) Dal punto di vista fisico, sulla base del movimento(en. cinetica), della
posizione(en. potenziale), dovuta a differenti tipi di forze(en. Elettrostatica, en.
Magnetica, en. gravitazionale), costruita come somma delle precedenti(en.
meccanica), dovuta a cambiamenti di temperatura(en. termica)
b) Dal punto di vista delle fonti energetiche (primarie e secondarie)
c) Dal punto di vista della inesauribilità delle fonti energetiche.
La classificazione proposta è mostrata in figura 28.
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L’esperto si è soffermato sulla distinzione tra fonti primarie, presenti in natura e quelle
secondarie, le quali si ottengono a partire da quelle primarie.
45
L’esperto ha enfatizzato come l’energia elettrica sia una fonte di energia secondaria ed ha
mostrato due esperimenti per far capire come sia possibile convertire una fonte di energia
in un’altra.
Esperimento 1: l’ elettrocalamita
Collegando una pila piatta da 4,5 Volt attraverso dei cavi elettrici ad un chiodo di ferro in
modo analogo a come mostrato in figura 29, i ragazzi e le ragazze hanno osservato come,
una volta chiuso il circuito, il chiodo potesse attirare delle graffette metalliche diventando
una calamita. L’esperto ha ricordato come l’oggetto costruito si chiamasse elettrocalamita
e fosse in grado di trasformare l’energia elettrica in energia magnetica.
Figura 28
La figura mostra
l’elettrocalamita
costruita in classe. Si
osservi come il
chiodo, in alto, attiri
le
graffette
metalliche.
Esperimento 2: la sfera di Tesla produce corrente elettrica
Successivamente, la classe, indotta dall’esperto, si è posta il seguente interrogativo:
Se correnti elettriche producono campi magnetici, possono campi magnetici produrre
correnti elettriche?
L’esperto ha mostrato una sfera di tesla e dopo averne descritto il funzionamento ha
enfatizzato come essa si comportasse anche come una calamita producendo campi
magnetici. Successivamente ha avvicinato una lampada al neon scollegata dalla presa di
corrente.
L’esperto ha enfatizzato come siano le variazioni dei campi magnetici nello spazio e/o nel
tempo a produrre correnti elettriche e dunque responsabili della conversione dell’energia
magnetica in energia elettrica.
Questo meccanismo è alla base della produzione di energia elettrica a partire da fonti
primarie ed è attualmente il processo più utilizzato per la generazione di corrente
elettrica nelle centrali elettriche.
Si è proseguito introducendo il concetto di esauribilità delle fonti, distinguendo tra fonti
rinnovabili e fonti non rinnovabili.
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I ragazzi e le ragazze hanno osservato come l’avvicinamento della lampada alla sfera di
Tesla producesse la sua accensione: campi magnetici posso produrre correnti elettriche.
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Si sono brevemente descritte le fonti non rinnovabili(petrolio, gas naturale, carbone,
minerali di uranio) e quelle rinnovabili(calore della terra-energia geotermica, il ventoenergia eolica-, il sole-energia solare-, l’acqua-energia idrica, mare-energia
mareomotrice). Quando si introdotta l’energia solare, l’esperto ha mostrato come un
piccolo exhibit costituito da un modulo fotovoltaico all’interno di un grillo giocattolo
possa convertire l’energia solare in energia elettrica, così da far muovere le zampe
dell’insetto. L’exhibit è stato illuminato con una lampada che simulava il sole, come
mostrato in figura 29.
Figura 29
La figura mostra un faro
-il nostro modello di soleche illumina un modulo
fotovoltaico inserito in un
grillo
giocattolo.
L’energia luminosa si
trasforma impulsi elettrici
che spostano le zampe
dell’insetto.
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Nel caso di energia eolica si è specificato come il vento muova la pala connesso ad essa ci
sia una calamita che vicino ad una bobina producesse corrente elettrica(analogia con
l’esperimento 2). Il meccanismo di formazione di energia elettrica presenta i seguenti
passaggi di conversione:
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Energia eolicaEnergia cineticaEnergia magnetica Energia elettrica.
Nel caso di energia da fonti non rinnovabili la produzione di corrente elettrica e dunque
la conversione in energia elettrica presenta un meccanismo analogo al precedente:
Energia termica ottenuta scaldando la fonteenergia termicaEnergia cinetica
energia meccanicaenergia elettrica
La fonte scaldata azione infatti una turbina che fa girare un magnete accanto a dei cavi
elettrici.
A conclusione della lezione l’esperto ha enfatizzato l’importanza delle fonti rinnovabili in
quanto “più rispettose” dell’ambiente, oltre che essere inesauribili in quanto si rigenerano
in tempi brevi se confrontati con i tempi caratteristici della storia umana, ma destinate a
finire con l’estinzione del nostra pianeta(tra circa 5 miliardi di anni).
L’ultima “fonte di energia” presentata dall’esperto è stata il “risparmio energetico”, una
fonte utilizzabile da tutti i ragazzi e le ragazze già da adesso senza alcuno spreco di denaro.
Il concetto è stato evidenziato con l’ausilio di un misuratore di consumi(mostrato in
figura 30), attraverso il quale si è mostrato la differenza di consumi(sia in termini di
tensione, sia in termini monetari) tra vecchie lampadine ad incandescenza, lampade a
basso consumo e lampade a LED.
La figura mostra il
misuratore di consumi
utilizzato in classe.
L’apparecchio è in grado
di
fornire
valori
attendibili e in tempo
reale relativi ai consumi
economici
di
ogni
elettrodomestico ad esso
connesso
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Figura 30
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FASE CONCLUSIVA
Nella fase conclusiva, l’esperto ha distribuito a ciascun ragazzo/a, delle schede aventi
immagini relative ai concetti fondamentali associati all’intervento.
Temperatura crescente
Energia crescente
Successivamente è stato chiesto ad ogni ragazzo/a di scrivere su dei post it le impressioni
legate agli esperimenti e all’esperienza nono formale proposte.
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Nelle immagini seguenti si riportano alcuni post it e i cartelloni delle seconde classi.
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Va infine ricordato come questo intervento sia stato inserito all’interno del progetto più
ampio “mi illumino di meno”, al quale hanno aderito alcune classi dell’Istituto.
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Dai commenti dei ragazzi e delle ragazze appare evidente come l’exhibit che li ha
maggiormente sorpresi sia stata la sfera di Tesla. La lezione è risultata, nel complessivo,
interattiva e coinvolgente.
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Metodi e strumenti
La metodologia didattica utilizzata si è basata sul metodo IBSE (Inquiry Based Science
Education), caratterizzata dai seguenti punti:
L’esperienza diretta è al centro dell’apprendimento della scienza, realizzata con
l’esecuzione di esperimenti scientifici;
Gli allievi devono comprendere la domanda o il problema su cui stanno lavorando.
Questo è stato realizzato utilizzando domande e facendo ipotesi sui risultati degli
esperimenti;
L’indagine scientifica richiede che agli allievi vengano insegnate molte
competenze. Sono stati costruiti exhibit scientifici e modelli che spesso hanno
occupato molto tempo;
L’utilizzo di idee e conoscenze già acquisite vengono valorizzate ed utilizzate.
Manipolazioni ed esperienze simili sono state condivise e potenziate durante gli
interventi;
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Gli allievi vengono aiutati ad analizzare i propri risultati;
Si confrontano i risultati ottenuti con il paradigma scientifico.
Vengono condotte discussioni di gruppo.
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Gli studenti sono guidati nella redazione di una documentazione. Questo punto è
stato realizzato sia facendo compilare delle schede didattiche, sia assegnando delle
relazioni relative all’esperienza provata in classe
La valutazione formativa viene condotta durante l’intero modulo. Questo punto è
stato realizzato utilizzando domande, test di ipotesi, post it finali.
Indicatori e Strumenti di valutazione:
Ipotesi e verifiche sperimentali relative agli esperimenti da effettuare con domande
in itinere da parte dell’operatore e manipolazione sperimentale dei ragazzi/e
Schede didattiche, lavori individuali e/o di gruppo, relazioni
Post it sul cartellone-percorso: ogni ragazzo/a scrive sul post it l’esperimento che
più gli è rimasto impresso e poi lo attacca sul cartellone.
Conclusioni finali
Gli incontri formativi presentati in orario curriculare nel progetto “La palestra della
scienza” si collocano all’interno della tradizione dell’ edutainment, finalizzata sia ad
educare, sia a divertire. L’intrattenimento educativo-scientifico realizzato durante gli
interventi ha largamente raggiunto sia gli obiettivi generali, sia gli obiettivi specifici
proposti dal progetto.
Dalla lettura dei post it si possono dedurre le seguenti osservazioni:
gli interventi in classe si sono rivelati sorprendenti e sono stati realizzati in modo
coinvolgente ed interattivo.
I ragazzi e le ragazze sono rimasti divertiti ed hanno realizzato esperimenti che
vorrebbero piacevolmente ripetere;
Gli incontri hanno avvicinato i giovani alla scienza, stimolandone analisi e
riflessioni.
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Il progetto mostra come le competenze messe a disposizione di esperti esterni possa
ritenersi una valida esperienza da affiancarsi ed integrarsi efficacemente nel lavoro
quotidiano e giornaliero dei docenti e delle docenti dell’Istituto.
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