Percorso didattico verticale dalla primaria al biennio della scuola secondaria di II° Attività sperimentata in classe e presentata al Seminario ISS: Incontro Scuola – Università Torino, 5 novembre 2009 dai tutor Alberta FERRETTI Eder CONSOLI COSTRUZIONE DEL MODELLO PARTICELLARE Presidio di Biella

Gli stati della materia e i passaggi di stato: dalla scuola primaria alla secondaria di I° grado Primaria Aspetti percettivi di tre corpi: ghiaccio, acqua, vapore Aspetti percettivi dei passaggi di stato: ghiaccio - acqua - vapore Secondaria di primo grado Ricerca delle caratteristiche fisiche macroscopiche di un corpo allo stato solido, liquido, aeriforme rispetto a forma, volume, compressibilità Analisi dei passaggi di stato da un punto di vista macroscopico Individuazione delle grandezze che caratterizzano il fenomeno Rappresentazione dei passaggi di stato con un grafico cartesiano che evidenzi le relazioni tra le grandezze prese in esame

Aspetti educativi e didattici Rendere l’allievo protagonista del proprio processo formativo Abituare gli allievi ad un metodo di lavoro che privilegi le relazioni interpersonali, la condivisione del sapere, la costruzione del consenso intorno alle scelte operate Capacità progettuale di fronte ai problemi Modello di apprendimento di riferimento Il soggetto che apprende costruisce le proprie conoscenze a partire da quelle che già possiede. Compito del docente è, di conseguenza, quello di creare situazioni di apprendimento che rendano l’allievo consapevole dei propri ostacoli cognitivi e gli consentano di superarli confrontandosi/relazionandosi con gli altri. Aspetti metodologici didattica laboratoriale il laboratorio inteso come metodo e cultura della ricerca e della progettualità sequenze di attività basate sulle schede-allievo Le schede-allievo presentano una molteplice varietà di aspetti che va dalla individuazione di problemi, alla modellizzazione di un fenomeno, all’esecuzione di attività pratiche, … Metodologia e didattica

Modello particellare Vengono dati i seguenti assiomi che riassumono il pensiero degli scienziati sulla struttura della materia: tutta la materia è formata da particelle una particella non si può dividere una particella non può cambiare forma una particella ha sempre le stesse dimensioni una determinata particella ha sempre la stessa quantità di materia Viene proposta l’attività : “Due lamine di ferro A e B hanno questa proprietà: la lamina A ha una quantità di ferro doppia di quella della lamina B.” Interpreta la situazione utilizzando il modello delle particelle Proposte degli alunni: Disegniamo particelle che abbiano la stessa forma ( corpo puro) Rappresentiamo le particelle preferibilmente con dei poligoni che non lascino spazi vuoti per indicare che si tratta di un solido (forma e volume propri) Per indicare il peso rappresentiamo un numero di particelle diverso Non è necessario mantenere la forma del corpo, basta considerarne una “piccola parte” Devo rappresentare un corpo con più di una particella per indicare tutte le sue caratteristiche (solido, puro)

Anello di Gravesande e passaggi di stato  Si interpretano successivamente con il modello delle particelle un corpo allo stato solido e allo stato aeriforme modificando la distanza tra le particelle.  Per affinare il modello viene proposta l’esperienza dell’anello di Gravesande Si discute prima sull’aspetto macroscopico Si formulano ipotesi … Si esegue l’esperienza Si interpreta con il modello delle particelle Interrogativi e difficoltà Il problema del vuoto compare: ci deve essere aria o calore per far aumentare il volume … Ma il calore è materia? Se entra aria dovrebbe aumentare il peso della sfera Si ricorre all’esperimento: pesiamo la sfera prima e dopo il riscaldamento Per avere la stessa forma una sfera deve modificare solo il diametro Il calore pesa ed occupa uno spazio, il calore è un gas Le particelle sono tutte attaccate come ginnasti che poi fanno flessioni e si staccano un po’ Perché non cadono? Le particelle potrebbero distanziarsi l’una dall’altra Si separano e si spingono così l’altra particella si sposta I pianeti non cadono … c’è una forza che li tiene…la stessa cosa capita alle particelle … Le particelle si ingrossano … ma si entra in contraddizione con gli assiomi Le particelle possono muoversi? E finalmente il vuoto!! Tra una particella e l’altra c’è il vuoto …  L’interpretazione con il modello delle particelle dei passaggi di stato diventa semplice!

Al termine della scuola secondaria di I° grado rappresentazione di una porzione di solido rappresentazione di una porzione di liquido rappresentazione di una porzione di gas i passaggi di stato

nitrato di sodio (solido granulare bianco) ioduro di potassio (solido granulare bianco) += miscuglio eterogeneo (solido granulare bianco) nitrato di potassio (solido granulare bianco) ioduro di piombo (solido granulare giallo) miscuglio eterogeneo (solido gran. bianco e giallo) += nitrato di piombo (solido granulare) ioduro di potassio (solido granulare bianco) += ??? (solido granulare giallo) Scuola secondaria di II° grado Trasformazioni chimiche e modello particellare LIVELLO MACROSCOPICO Discussione trasformazione chimica Nitrato di piombo + Ioduro di potassio Ioduro di piombo + potassio + nitrato LIVELLO MICROSCOPICO Discussione Se si vuole utilizzare il modello particellare per rappresentare le reazioni chimiche, occorre intervenire sugli assiomi del modello e precisamente sull’assioma che postula l’indivisibilità delle particelle. Viene così introdotto il concetto di atomo / molecola

Fenomeni elettrici e modello particellare LIVELLO MICROSCOPICO Discussione - emerge con evidenza la diffusione tra gli allievi di due concezioni errate: - un corpo neutro non contiene cariche elettriche di nessun tipo - l’elettricità, sia positiva che negativa, è qualcosa di immateriale che “si aggiunge” al corpo, che si attacca e si stacca dalle sue particelle e che può scorrere tra di esse Rappresentazioni degli allievi di corpi neutri o elettrizzati LIVELLO MACROSCOPICO Il docente mostra alla cattedra i classici esperimenti dell’elettrizzazione per strofinio, dell’attrazione/repulsione tra corpi elettrizzati; mostra l’elettroscopio, l’elettrizzazione per contatto, per induzione e la distinzione tra conduttori ed isolanti.

Le diverse ipotesi formulate dagli allievi vengono lasciate in sospeso e si inizia una attività che ricalca il percorso storico che ha portato gli scienziati alla scoperta della struttura interna degli atomi. Ricerche storicheAttività in laboratorioIl modello Galvani e la pila di VoltaLa pila a tazza Faraday e ArrheniusLa corrente elettrica nei liquidi (cella elettrolitica) gli ioni I raggi catodiciLa corrente nei gas (tubi a vuoto) La scoperta dell’elettroneLezione al videoproiettore sul sito Il modello atomico di Thomson La radioattività (α, β, γ) Filmato ESSO (su CD)Il modello atomico di Rutherford Fenomeni elettrici e modello particellare

La rappresentazione di una particella di idrogeno prima (studio delle proprietà macroscopiche di solidi, liquidi, gas: la particella è indivisibile) dopo (studio delle trasformazioni chimiche; concetto di molecola: il diidrogeno) infine (studio delle proprietà elettriche della materia: diidrogeno e modello atomico di Rutherford)