Com'è fatta la materia? (torna alla programmazione di scienze )

Tema:

Materia energia e trasformazioni

La prima stesura della programmazione prevedeva di affrontare il tema "Materia" attraverso una sola unità didattica. In fase di realizzazione del percorso è stato necessario suddividere l'itinerario didattico in tre differenti "blocchi" di contenuti ed attività. Nel primo si sono introdotti i concetti di materia, massa e densità (anche attraverso esperienze e con l'uso di strumenti: cilindro graduato, bilancia a due piatti etc...). Utile è stato consultare il sito http://www.exploratorium.edu per verificare il nostro peso su altri corpi celesti. La densità ci ha portato a riflettere sul fenomeno del galleggiamento (anche attraverso l'esperienza diretta i ragazzi si sono accorti che i materiali più "leggeri" tendono a salire verso l'alto se immersi in un fluido). Abbiamo fattto esperienze sul fenomeno del galleggiamento di solidi su un fluido e di fluidi su fluidi. L'esperienza del sommergibile, costruito a partire da una bottiglia di plastica, ci ha permesso di vedere come alcune proprietà della materia (l'impenetrabilità e la densità) possono essere sfruttate per far variare la spinta di galleggiamento di un corpo immerso in un fluido. Anche la dilatazione termica dell'aria è stata osservata a partire da una semplice esperienza (la bottiglia con palloncino immersa in acqua bollente e in acqua fredda). L'ultima parte del percorso è stata interamente dedicata ai concetti di calore e di temperatura. Già in precedenza il calore era stato introdotto parlando di dilatazione termica di un gas. Ora, utilizzando la teoria atomica della materia, è stato possibile ipotizzare che cosa succede ad un corpo quando lo scaldiamo e spiegare (in modo coerente con la teoria corpuscolare) un fenomeno come quello della dilatazione termica. A tal fine sono state realizzate piccole esperienze sull'agitazione termica (diffusione di una goccia di inchiostro in acqua calda e in acqua fredda) e sul calore (riscaldamento con lo stesso fornello di quantità differenti di acqua).

Percorso didattico e contenuti:

Com’è fatta la materia

Definizione attraverso esperienze pratiche del concetto di materia, impenetrabilità della materia, misura indiretta del volume, le principali proprietà della materia, la differenza fra massa e peso, la densità, modelli per spiegare le proprietà della materia, comportamento di fluidi con diversa densità, osservazione dei fenomeni di galleggiamento, cenni alla spinta di Archimede, agitazione termica, temperatura, calore, teoria atomica della materia, dilatazione termica, stati della materia e cambiamenti di stato

Attività ed esperienze:

Parte 1: materia, massa e densità

  • Esperienza sull’impenetrabilità fra acqua e aria (esperienza del bicchiere nella bacinella)
  • Misura indiretta del volume (attraverso immersione in cilindro graduato)
  • Classificazione di diversi tipi di materiali in base alle proprietà (viscosità, rigidità, plasticità, elasticità…)
  • Esperienza sulla misurazione diretta della massa con bilancia a due bracci
  • Misure indirette della massa utilizzando la bilancia digitale e il dinamometro
  • Calcolo della densità di un oggetto

Parte 2: galleggiamento, spinta di galleggiamento

  • Osservazioni sul fenomeno del galleggiamento (ipotesi e discussione)
  • Galleggiamenti con sostanze uguali modellate in modo diverso (la plastilina)
  • Osservazioni sulla spinta di galleggiamento (dinamometro e oggetto immerso in un fluido)
  • Costruzione di un sommergibile con una bottiglia di plastica (realizzato dall'insegnante e discusso con la classe)
  • Dilatazione termica dell'aria
  • Stratificazione di fluidi di diversa densità (acqua, olio, acqua e zucchero, alcol)

Parte 3: calore e temperatura

  • Che cos'è la temperatura? (esperienza sulla percezione di temperatura)
  • Differenza fra calore e temperatura (esperienza di riscaldamento di quantità d'acqua diverse)
  • Il calore fa variare la massa di un oggetto? (esperienze di misurazione di massa dopo aver riscaldato un oggetto)
  • Temperatura e agitazione termica (diffusione dell'inchiostro in acqua fredda e in acqua calda)
  • Dilatazione termica dei solidi (esperienza di dilatazione di una pallina metallica)
  • Il calore, la temperatura e i cambiamenti di stato della materia
  • Utilizzo di applet su temperatura e agitazione termica
  • Applet su agitazione termica, dilatazione dei gas e galleggiamento nell'aria:



Macrocompetenze
Competenze specifiche
1)Osservare e descrivere
Osservare i fenomeni per fare ipotesi e trarre conclusioni (esperienza sull’impenetrabilità fra aria e acqua), osservare gli oggetti per individuarne caratteristiche significative relative alla materia di cui sono fatti, osservare e descrivere il comportamento di diversi oggetti posti nelle stesse condizioni ambientali (fenomeno del galleggiamento)
2)Misurare
Eseguire misure dirette e indirette di alcune grandezze (massa, peso, volume), saper fare stime di massa, peso e volume
3)Rappresentare e modellizzare
Rappresentare i fenomeni con semplici disegni e schemi, rappresentare i dati in forma di tabella e in forma di grafico a barre (istogramma). Saper utilizzare il modello “corpuscolare/atomico” per la spiegazione di alcune proprietà della materia (densità, massa, stati della materia)
4) Correlare
Saper correlare alcune proprietà della materia (per esempio il galleggiamento in acqua) con alcune sue caratteristiche (la densità, il volume, la massa)
5)Argomentare
Discutere su fatti, fenomeni, dati, ascoltando anche le posizioni altrui. Argomentare le proprie opinioni confrontandosi con punti di vista diversi, saper porre domande “stimolo” che sollecitino il dibattito e la prosecuzione della discussione.
Migliorare le spiegazioni rielaborando le proprie idee e confrontandosi con gli altri.
6) Indagare e ricercare
Saper raccogliere e selezionare informazioni e dati in merito alle caratteristiche di alcuni oggetti e materiali. Saper raccogliere i dati relativi agli oggetti in una tabella a doppia entrata
7)Comunicare e documentare
Produrre testi orali e scritti: brevi relazioni sulle esperienze svolte, descrizione delle attività realizzate in classe, schemi sui procedimenti e sulle conclusioni. Saper utilizzare un linguaggio pertinente, chiaro e comprensibile.

Materiali:

Una breve introduzione sui concetti di materia, densità e galleggiamento con esempi e quesiti da proporre nella discussione in classe

La bozza di mappa concettuale utilizzata nella programmazione


Le verifiche sommative di fine percorso




Osservazioni e nodi critici

La presente unità didattica si è presentata estremamente complessa ed articolata. Alcuni concetti che appaiano in modo piuttosto "frettoloso" nei libri di testo, hanno richiesto numerose esperienze ed approfondimenti. Il concetto di densità, che per essere trattato in modo opportuno richiederebbe la padronanza dei rapporti fra grandezze non omogenee, è stato studiato in modo empirico, anche attraverso piccole esperienze (quali quelle del galleggiamento di corpi di forme e pesi diversi) che hanno consentito ai ragazzi di porsi domande e di formulare ipotesi. Tuttavia, quando richiesta un minimo di formalizzazione matematica, le competenze raggiunte dagli alunni sono risultate estremamente eterogenee e fortemente influenzate dalle loro abilità di base in ambito logico-matematico (per esempio in prima media alcuni alunni hanno ancora difficoltà nell'ordinare e gestire numeri decimali con due o più cifre dopo la virgola, il che, in alcune attività legate alle densità dei materiali, ha creato qualche problema). Inoltre il percorso, inizialmente pensato come unitario, è stato suddiviso in tre parti. Le prome due sono state dedicate ad alcune propietà e grandezze della materia: il volume, la massa, il peso, la densità, il galleggiamento. In una terza ed ultima parte, dopo aver introdotto la teoria atomica per spiegare alcune proprietà della materia osservate nelle nostre esperienze, si sono trattati i concetti di agitazione termica, temperatura, calore, equilibrio termico, dilatazione termica e funzionamento degli strumenti di misura della temperatura (termometro). A fine percorso per alcuni alunni non è ancora chiara la differenze fra calore e temperatura. D'altra parte una trattazione esaustiva di questo argomento richiederebbe un approfondimento adeguato rispetto al concetto di energia che abitualmente non viene affrontato nella scuola primaria, mentre, nella scuola secondaria di primo grado, spesso si tratta solo nel corso del terzo anno (a tale proposito si segnala il percorso realizzato dall'IP nella scuola primaria Don Milani, nell'anno scolastico 2008-2009 )

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