Gruppo di lavoro dell’IIS EUCLIDE di BARI Daniela Putignano, Damiano Acquafredda, Stanislao Ferrante,Rosalia Ortiz, Paola Boffoli.

Contesto di senso Come si può ottenere un cocktail a strati?

Cocktail a strati Alcool etilico Crodino Succo di mela Sciroppo alla menta

Noi docenti di scienze integrate fisica e chimica abbiamo organizzato un’unità interdisciplinare sulla densità, programmata secondo le modalità previste per il Riordino degli ITI, da sviluppare in una classe prima dell’indirizzo Logistica e Trasporti

UdA Interdisciplinare scienze integrate-fisica e chimica Progettazione Macro PERIODO INIZIO: 15 ottobre FINE:15 novembre   UdA (Titolo / monte ore) Competenza/e Abilità Conoscenze Disciplina di riferimento Disciplina concorrente Le proprietà della Materia: la densità Ore 12 S1 Osservare, descrivere ed analizzare fenomeni appartenenti alla realtà naturale e artificiale e riconoscere nelle varie forme i concetti di sistema e di complessità Raccogliere dati attraverso l’osservazione diretta dei fenomeni naturali (fisici, chimici, biologici, geologici, ecc..) o degli oggetti artificiali o la consultazione di testi e manuali o media Concetto di misura e sua approssimazione SCIENZE INTEGRATE (FISICA) SCIENZE INTEGRATE (CHIMICA) SCIENZE NATURALI (BIOLOGIA) Fondamentali Meccanismi di catalogazione Organizzare e rappresentare i dati raccolti Sequenza delle operazioni da effettuare Principali strumenti e tecniche di misurazione Errore sulla misura Individuare, con la guida del docente, una possibile interpretazione dei dati in base a semplici modelli Semplici schemi per presentare correlazioni tra le variabili di un fenomeno appartenente all’ambito scientifico caratteristico del percorso formativo Utilizzare classificazioni, generalizzazioni e/o schemi logici per riconoscere il modello di riferimento Presentare i risultati dell’analisi Schemi, tabelle e grafici

Titolo: Le proprietà della materia ore 12   P2 Analizzare un fenomeno interpretandone le tematiche in maniera logica e conseguenziale Interpretare un fenomeno distinguendo gli aspetti scientifici ed individuando le variabili che lo caratterizzano. Collegare le conoscenze acquisite con le implicazioni della vita quotidiana Metodo di indagine scientifica. SCIENZE INTEGRATE (FISICA) SCIENZE INTEGRATE (CHIMICA) Capacità di reperire informazioni, utilizzarle in modo autonomo e finalizzato e comunicarle con linguaggio scientifico. Fonti di consultazioni (libri e manuali) Tecniche di elaborazione dei dati. Mettere in atto le abilità operative connesse con l'uso degli strumenti e valutare l'attendibilità dei risultati sperimentali ottenuti Tecniche di misurazione e rilevamento dati. SCIENZE INTEGRATE (SCIENZE TERRA E BIOLOGIA) Comunicare in modo chiaro e sintetico le procedure seguite nelle proprie indagini, i risultati raggiunti e il loro significato

L3 SCIENZE INTEGRATE (FISICA) SCIENZE INTEGRATE (CHIMICA) Titolo: Le proprietà della materia: la densità ore 12 L3 Produrre testi di vario tipo in relazione ai differenti scopi comunicativi Ricercare, acquisire e selezionare informazioni generali e specifiche in funzione della produzione di testi scritti di vario tipo Elementi strutturali di un testo scritto coerente e coeso LINGUA E LETTERATURA ITALIANA SCIENZE INTEGRATE (FISICA) SCIENZE INTEGRATE (CHIMICA) Prendere appunti e redigere sintesi e relazioni Uso dei dizionari Rielaborare in forma chiara le informazioni Modalità e tecniche delle diverse forme di produzione scritta: riassunto, lettera, relazioni, ecc. Produrre testi corretti e coerenti adeguati alle diverse situazioni comunicative Fasi della produzione scritta: pianificazione, stesura e revisione

Individuare le strategie appropriate per la soluzione di problemi Titolo: Le proprietà della materia: la densità ore 12 M3 Individuare le strategie appropriate per la soluzione di problemi Progettare un percorso risolutivo strutturato in tappe Le fasi risolutive di un problema e loro rappresentazioni con diagrammi MATEMATICA SCIENZE INTEGRATE (FISICA) SCIENZE INTEGRATE (CHIMICA) TECNOLOGIE INFORMATICHE Formalizzare il percorso di soluzione di un problema attraverso modelli algebrici e grafici Convalidare i risultati conseguiti sia empiricamente, sia mediante argomentazioni Tecniche risolutive di un problema che utilizzano frazioni, proporzioni, percentuali, formule geometriche, equazioni e disequazioni di 1° grado Tradurre dal linguaggio naturale al linguaggio algebrico e viceversa

Progettazione micro Compito assegnato agli Studenti: agli studenti viene chiesto di determinare sperimentalmente la densità di solidi e di stendere due relazioni tecniche sulle prove di laboratorio. Processo di lavoro ore/titolo Contesto Attività Docente Metodologia Prestazioni Studenti 8 ore: La densità Aula/laboratorio di fisica e laboratorio di chimica Definisce la grandezza fisica densità. Determina sperimentalmente la densità di liquidi e solidi. Dimostra sperimentalmente la relazione esistente di proporzionalità diretta tra massa e volume. Utilizza i dati sperimentali per definire la densità come proprietà intensiva della materia Fornisce un protocollo per la determinazione sperimentale della densità di solidi. Propone uno schema per la stesura della relazione tecnica sulla prova di laboratorio. Lezione frontale Attività di laboratorio Lavori di gruppo Raccolgono informazioni mediante appunti di lezione sulla densità. Assistono alla determinazione sperimentale della densità di liquidi solidi. Determinano sperimentalmente ed autonomamente la densità di solidi di materiale ignoto. Riconoscono il materiale ignoto confrontando i dati ottenuti con i valori tabulati. Elaborano la relazione tecnica sulla prova svolta. Commentano e discutono sui risultati ottenuti

 4 ore: Gradiente di densità  Laboratorio di chimica  Effettua delle prove mettendo a confronto e mescolando sostanze e materiali liquidi e solidi  Lezione frontale Attività di laboratorio Partecipano alle prove Osservano Documentano con foto le fasi delle prove Raccolgono dati Elaborano una relazione Discutono sull’elaborato  Modalità di accertamento delle abilità e delle conoscenze della UdA: esercitazioni in laboratorio, elaborazione di due relazioni tecniche, test di valutazione della competenza.

In una prima fase abbiamo seguito un percorso più tradizionale: siamo partiti dalla definizione della grandezza densità, per poi verificare attraverso prove in cui gli alunni hanno sperimentato in prima persona, determinando la densità di solidi di materiale sconosciuto, che la densità è una proprietà intensiva della materia. Poi abbiamo voluto approfondire la ricerca cercando di scoprire, attraverso una serie di semplici esperimenti, come si comportano sostanze liquide e solide, con diversa densità, quando vengono messe a contatto.

Creiamo il gradiente di densità: i ragazzi documentano le fasi operative con le foto 1.Versiamo il miele 2.Versiamo lentamente l’acqua 3. l’acqua si dispone sul miele 4. Aggiungiamo il colorante all’acqua

5. Aggiungiamo il detersivo per i piatti che si dispone sotto l’acqua colorata 6. Infine versiamo l’olio di semi che si dispone sull’acqua: ora si sono creati quattro strati olio acqua detersivo miele

A questo punto proviamo ad immergere degli oggetti di sforma sferica A questo punto proviamo ad immergere degli oggetti di sforma sferica. Prima di immergere ciascun oggetto viene rivolta ai ragazzi la domanda: che cosa accadrà? In quale strato si disporrà? I ragazzi cercano di rispondere in base alla loro esperienza, ma anche richiamando le loro conoscenze pregresse. Biglia di vetro Biglia di ferro Così non hanno difficoltà a prevedere che la biglia di ferro e quella di vetro andranno a fondo, né ad affermare che questo accade perché sono più dense dei liquidi in cui sono immerse.

Pallina da ping pong Pallina di gomma compatta pomodorino chicco d’uva A sorpresa, però il pomodorino si dispone nell’acqua ed il chicco d’uva nel detersivo. Una pallina di gomma compatta galleggia tra olio ed acqua, mentre una pallina da ping pong galleggia sull’olio. Questo offre l’opportunità di accennare alla spinta di Archimede secondo cui se un corpo ha densità inferiore ad un liquido galleggerà su di esso. Se la densità del corpo è uguale a quella del liquido, esso resterà sospeso nel liquido, infine se la densità del corpo è maggiore di quella del liquido il corpo affonderà.

Per i ragazzi non è difficile concludere che: - il pomodorino si dispone nell’acqua perché ha la sua stessa densità, - il chicco d’uva si dispone nel detersivo perché evidentemente più denso dell’acqua. A questo punto però si chiedono:” anche il pomodorino è pieno d’acqua come il chicco d’uva, come mai quest’ultimo è più denso dell’acqua? Che cosa ne determina la diversa densità?” A qualcuno è venuto in mente che nel chicco d’uva in più c’è lo zucchero. Poi qualcuno ha osservato che la pallina da ping pong di plastica galleggia sull’olio perché piena d’aria.

Abbiamo svolto ulteriori indagini Abbiamo preso una bacinella piena d’acqua e vi abbiamo immerso uno alla volta degli ovetti di plastica con dentro diversi materiali. Poiché non era possibile riempire per intero gli ovetti senza che restasse l’aria, abbiamo fatto in modo di riempire tutti gli ovetti esattamente a metà, in modo che la quantità d’aria fosse la stessa in ognuno di essi e la loro diversa densità dipendesse solo dal materiale inserito nell’ovetto.

Ecco le prove di galleggiamento caffè zucchero cera sale farina

Abbiamo ottenuto i seguenti risultati Ovetto con zucchero (saccarosio) affonda in parte Ovetto con sale da cucina (cloruro di sodio) affonda del tutto Ovetto con caffè galleggia Ovetto con farina di frumento Ovetto con cera fusa solidificata Per saperne di più sarebbe opportuno conoscere la densità di ciascuna di queste sostanze o materiali, ma come calcolarci la densità dei materiali in polvere come la farina?... Ogni problema sembra crearne degli altri come con la scatole cinesi …

Abbiamo poi voluto vedere come si comporta lo stesso corpo immerso in liquidi differenti: per far questo abbiamo preso ispirazione da un’esperienza trovata su internet Una candela: immersa nell’acqua galleggia, immersa nell’olio resta sospesa nel mezzo, Immersa nell’alcol affonda.

La nostra candela … immersa nell’acqua galleggia immersa nell’olio resta sospesa nel mezzo immersa nell’alcol galleggia?!!!...

Ecco un altro interrogativo a cui trovare risposta … che cosa non ha funzionato nella nostra prova? qual è la variabile di cui non abbiamo tenuto conto?

Abbiamo fatto delle altre prove di galleggiamento con lo stesso materiale e lo stesso liquido, ma il materiale doveva assumere forme differenti

Risultati ottenuti: materiale: plastilina liquido: acqua la plastilina sotto forma di pallina affonda immersa nell’acqua la plastilina appiattita affonda immersa nell’acqua la plastilina disposta a forma di barchetta galleggia Conclusioni: nel primo caso la plastilina affonda perché ha forma sferica e compatta, evidentemente è più densa dell’acqua. nel secondo caso anche se la plastilina ha forma appiattita affonda ugualmente nel terzo caso la plastilina a forma di barchetta galleggia, perché pur essendo più densa dell’acqua ha incamerato aria. Quindi non sono solo la densità del corpo e del liquido a determinare il galleggiamento: se il corpo incamera aria diventa meno denso e può galleggiare.

Osservazioni: la terza prova non è riuscita subito, perché le barchette si bagnavano con l’acqua e affondavano, ma i ragazzi si sono ostinati a riprovare finché l’esperimento non è riuscito, hanno utilizzato delle conoscenze pregresse, infatti sapevano, per aver svolto l’esperimento nella scuola secondaria di primo grado, che cambiando forma alla plastilina, in modo che incamerasse aria, essa avrebbe dovuto galleggiare.

Densità e temperatura Abbiamo provato ad immergere un cubetto di ghiaccio, colorato con estratto di cavolo rosso, in un sistema di acqua e olio. Il cubetto meno denso dell’acqua, ma più denso dell’olio, si è disposto sul fondo dell’olio ma sull’acqua. All’inizio l’acqua del ghiaccio fonde, ma è ostacolata: intorno al cubetto si formano delle goccioline bloccate dall’olio. Poi si creano dei moti convettivi in quanto l’acqua proveniente dal ghiaccio è più densa dell’altra e tende ad andare verso il basso.

Man mano che il ghiaccio fonde si diffonde con il colorante nell’acqua attraverso moti convettivi. Alla fine il cubetto sarà completamente fuso e l’acqua si sarà colorata del tutto.

Al termine delle prove i ragazzi hanno elaborato una relazione tecnica, che è stata valutata. L’esito è stato nella maggioranza dei casi positivo. Infine è stato somministrato loro il test prodotto dai docenti del gruppo di ricerca secondo i criteri seguiti per i test OCSE PISA, per valutare il livello di competenza raggiunto.

alunno…………….. classe……… Ci troviamo in mare aperto, una nave ed un iceberg sono in rotta di collisione. 1. Dopo l’impatto che succederà ? …………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………. 2. L’iceberg dopo l’impatto si divide in più parti a . i diversi pezzi galleggiano V F b . tutti i pezzi affondano V F c. affonda solo il pezzo più grande V F affonda solo il pezzo più piccolo V F 3. Sia la nave che l’iceberg galleggiano perché contengono vuoti d’aria. Se tutti i vuoti della nave fossero riempiti di polistirolo, cosa accadrebbe alla nave e perché? …...…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Risultati test tipo OCSE PISA Su un campione di 15 alunni DOMANDA N°1 Ci troviamo in mare aperto, una nave ed un iceberg sono in rotta di collisione. 1. Dopo l’impatto che succederà ? RISPOSTA: la nave si spezza e affonda N° alunni: 3 RISPOSTA: La nave si romperà e affonderà, l’iceberg si dividerà in pezzi RISPOSTA:La nave affonda l’iceberg si rompe in tanti pezzi che galleggiano N° alunni: 2 RISPOSTA: la nave si spezza ma affonderanno solo le parti pesanti RISPOSTA: dopo l’impatto l’iceberg si frammenterà in mille pezzi RISPOSTA: dopo l’impatto l’iceberg e la nave si frammenteranno ma entrambi galleggeranno N° alunni: 1

DOMANDA N°1 Ci troviamo in mare aperto, una nave ed un iceberg sono in rotta di collisione. 1. Dopo l’impatto che succederà ? RISPOSTA: dopo l’impatto l’iceberg e la nave si deformano poi si rompono N° alunni: 1 RISPOSTA: l’iceberg si dividerà in più pezzi, la nave subirà un danno

N° alunni: 11 N° alunni: 2 DOMANDA N°2 RISPOSTA: tutte corrette L’iceberg dopo l’impatto si divide in più parti a . i diversi pezzi galleggiano V F b . tutti i pezzi affondano V F c. affonda solo il pezzo più grande V F d. affonda solo il pezzo più piccolo V F RISPOSTA: tutte corrette N° alunni: 11 RISPOSTA: hanno sbagliato la a e la b N° alunni: 2 RISPOSTA: hanno sbagliato la d

N° alunni: 4 N° alunni: 6 N° alunni: 2 N° alunni: 1 DOMANDA N°3 Sia la nave che l’iceberg galleggiano perché contengono vuoti d’aria. Se tutti i vuoti della nave fossero riempiti di polistirolo, cosa accadrebbe alla nave e perché? RISPOSTA: galleggerebbero perché il polistirolo è un materiale pieno di bolle d’aria N° alunni: 4 RISPOSTA: galleggerebbe perché il polistirolo ha una densità minore dell’acqua N° alunni: 6 RISPOSTA: il polistirolo è più leggero quindi galleggia N° alunni: 2 RISPOSTA: la nave ma affonderebbe perché il polistirolo assorbirebbe l’acqua N° alunni: 1 RISPOSTA: la nave galleggerebbe perché il polistirolo non assorbe l’acqua RISPOSTA: la nave affonderebbe perché per il principio di Archimede la nave tende a rimanere a galla perché contiene spazi pieni d’aria, se questi vengono riempiti di qualunque materiale la nave tenderà a cadere perché non avendo più aria non rimarrà a galla