Scientiam inquirendo discere Classe 2°B Scuola media G. Galilei Cecina (LI) Professoressa Elena Formaioni Alunna Chiara Citi

LE PRIME FASI DEL METODO 1°fase: risposta individuale ad una serie di domande 2°fase: discussione all’interno del proprio gruppo 3°fase: comunicazione dei risultati del gruppo

Inspirare ed espirare Rispondi secondo le tue conoscenze. 1. Da che cosa vedi che una persona respira? 2. Cosa si potrebbe misurare? 3. Dove va l’aria che respiriamo? 4. Disegna il tragitto dell’aria dentro il corpo. 5. Appoggia la mano sulla parte alta dello stomaco e descrivi ciò che succede quando respiri. 6. L’aria che entra e che esce è la stessa? 7. Cosa succede se si smette di respirare? 8. Perché abbiamo bisogno dell’aria? 9. Quali sono le domande che ti fai sulla respirazione?

Risposte 1. Dal movimento della pancia, della gabbia toracica e delle spalle. 2. Si potrebbe misurare la gabbia toracica mentre si inspira ed espira. 3. Nella trachea, nei bronchi e nei polmoni. 4. 5. Si dilata e si contrae. 6. No, entra l’ossigeno ed esce l’anidride carbonica. 7. Dopo poco non riusciamo più a trattenere il respiro e se smettessimo completamente di respirare moriremmo. 8. Perché mentre respiriamo mandiamo il sangue alle cellule. 9. Perché la pancia si dilata e si contrae? Perché quando una persona smette di respirare gli viene spontaneo ricominciare a respirare?

Il movimento della gabbia toracica Obiettivo: -misurare la dilatazione e la contrazione della gabbia toracica, ovvero lo scarto Materiale occorrente: -metro da sarta: Come abbiamo lavorato: Procedimento: -misurare con il metro da sarta la circonferenza della gabbia toracica durante l’inspirazione e durante l’espirazione forzata e naturale. - calcolare lo scarto. Osservazioni: -nella respirazione forzata lo scarto è molto più elevato rispetto alla respirazione naturale. Conclusioni: -la gabbia toracica si espande in base all’aria che deve entrare.

Raccolta dati Ragazzo inspirazione espirazione scarto inspirazione forzata espirazione forzata scarto 1 84 83 1 86 77 9 2 84 82 2 89 90 9 3 75 73 2 79 69 10 4 90 89 1 96 85 11 5 76 71 5 76 70 6 6 88 86 2 90 83 7 7 79 74 5 80 71 9 8 79 77 2 85 74 11 9 93 90 3 98 89 9 10 76 72 4 80 73 7 11 74 70 4 77 71 5 12 83 79 4 86 77 9 13 90 89 1 96 85 11 14 82 79 3 83 76 7 15 75 72 3 78 71 7 16 71 68 3 74 65 9 17 81 78 3 85 76 9 18 73 71 2 78 69 9 19 83 80 3 85 79 6 20 69 67 2 74 66 8 21 80 76 4 83 73 10

elaborazione dati 5 6 6 7 7 7 7 8 9 9 9 9 9 9 9 9 10 10 11 11 11 mediana -La mediana è il dato che occupa la posizione centrale. -La moda è il dato che si presenta con maggiore frequenza. La moda è 9 Media aritmetica: 5+2x6+4x7+8+8x9+2x10+3x11= 8,476 21

La frequenza assoluta di un dato statistico è il numero delle volte con cui si presenta.

Domanda: -Quanta aria è presente nei polmoni dopo un’inspirazione forzata e con una espirazione forzata? (500-1000-1500-2000 ml.) Ipotesi: 1000 ml (1 l) -Come possiamo misurarla? Si potrebbe schiacciare una bottiglia e con un’espirazione forzata gonfiamo la bottiglia attraverso un tubo, oppure gonfiamo un palloncino.

L’ARIA NEI POLMONI Obiettivo: -misurare l’aria contenuta nei polmoni Materiale occorrente: -una vaschetta di plastica -un tubo di gomma -bottiglie di diverso volume Come abbiamo lavorato:

Procedimento: -riempire di acqua la bottiglia da 2 l fino all’orlo in modo che non ci sia aria all’interno. - graduare la bottiglia con un nastro adesivo rosso con intervalli di 100 ml. - riempire di acqua il tubo di gomma perché l’aria all’interno non sia misurata insieme a quella dei polmoni. -rovesciare la bottiglia nella vaschetta (anch’essa riempita a metà di acqua) tappandola con un dito in modo da non far uscire l’acqua. -inserire quindi il tubo all’interno della bottiglia. - soffiare dentro il tubo dopo aver fatto una inspirazione forzata ed espirare in modo forzato. -l’aria espirata fa uscire l’acqua dalla bottiglia. Si legge quindi il volume dell’aria sul nastro graduato. Sono state fatte 2 prove: Risultato della 1° prova: 1400 ml Risultato della 2° prova: 1600 ml ( Le bottiglie da ½ litro, 1 litro e 1,5 litri non sarebbero state sufficienti). Osservazioni, difficoltà incontrate e conclusioni: -è molto difficile riuscire a riempire completamente la bottiglia ma soprattutto il tubo, e questo può comportare errori nella misurazione. Comunque abbiamo potuto verificare che la capacità polmonare si aggira intorno a 1600 ml – 1700 ml.

Misura del ciclo respiratorio Alunno prova n°1 prova n°2 1 26 26 2 30 27 3 24 30 4 22 24 5 22 20 6 29 25 7 13 14 8 25 (dopo una corsa 40-37) 25 9 33 32 10 26 28 11 17 18 12 18 20 13 36 33 14 27 26 15 27 30 16 12 13 17 22 24 18 25 27 19 27 27 20 19 19

Elaborazione dati (frequenza respiratoria) 12 13 13 14 17 18 18 19 19 20 20 22 22 22 24 24 24 25 25 25 25 26 26 26 26 27 27 27 27 27 27 28 29 30 30 30 32 33 33 36 mediana Mediana = 25+25= 50=25 2 2 Moda =27 Media aritmetica =12+2x13+14+17+2x18+2x19+2x20+3x22+3x24+4x25+4x26+6x27+ 28+29+3x30+32+2x3+36=24,2 40

Quando i valori della mediana, della moda e della media aritmetica si discostano di poco, si dice che il fenomeno statistico ha una distribuzione normale e il grafico delle frequenze si avvicina ad una curva detta curva a campana o di Gauss. Nel nostro caso abbiamo: -moda: 27 -mediana: 25 -media: 24,2 Poiché moda e mediana si discostano di 2 unità, il grafico ottenuto presenta delle anomalie. Osservazioni: la frequenza respiratoria varia notevolmente in base a diversi fattori: -età dell’individuo -peso dell’individuo -allenamento sportivo -dal momento in cui viene fatta la misurazione (se a riposo o sotto sforzo).

Infatti il nostro “campione” è passato da 25 a riposo a 40 sotto sforzo ( dopo una breve corsa) e da 25 a 37.

Le corde vocali Obiettivo: -osservare il movimento delle corde vocali Materiale occorrente: -2 fogli e una cannuccia Come abbiamo lavorato: Procedimento: -tenere due fogli verticali e paralleli tra loro. -soffiare dal basso in mezzo ai due fogli con la cannuccia. Osservazioni: -i due fogli si avvicinano tra di loro, come le corde vocali. Conclusioni: -al momento che noi parliamo le corde vocali si avvicinano tra loro.

Dove va l’aria che respiriamo? Ipotesi: L’aria entra dal naso o dalla bocca, passa nella laringe, arriva alla trachea, ai polmoni ed infine arriva alle cellule.

DOVE VA L’ARIA CHE RESPIRIAMO? Obiettivo: -osservazione e dissezione di un preparato cuore polmone di un agnello Materiale occorrente: -preparato cuore-polmone -forbici -tubo di gomma -bacinella di plastica -vaschetta -come abbiamo lavorato: Procedimento: -introdurre aria nella trachea per mezzo di un tubo di gomma soffiandoci dentro. -inserire la punta delle forbici nella trachea e tagliare nel senso della lunghezza. -sezionare una parte di polmone e metterla nell’acqua: “IL POLMONE GALLEGGIA”. -premendo sulla sezione di polmone nell’acqua, escono delle bollicine d’aria.

Osservazioni: -possiamo distinguere: _ trachea (tubo rigido con anelli cartilaginei) _ grasso sul cuore _ cuore _ lobi dei polmoni. -i due polmoni si gonfiano contemporaneamente, diventando più chiari. -il cuore NON si gonfia. -i polmoni si svuotano da soli perché sono elastici. -i polmoni non si riempiono come sacche contenenti aria perché NON sono cavi, ma sono fatti di un tessuto particolare. -la dissezione permette di dimostrare che la trachea si divide in due bronchi. -poi seguono altre biforcazioni sempre più piccole. -le vie respiratorie formano un insieme altamente ramificato, un po’ come i rami di un albero. -il polmone NON è un palloncino vuoto, ma è “tutto pieno”. Conclusioni: -l’aria entra dal naso o dalla bocca, va nella trachea, passa nei bronchi, nell’albero bronchiale, fino agli alveoli polmonari.

L’aria che esce dai polmoni durante l’espirazione è uguale a quella che entra? Ipotesi: - l’aria che entra è più fredda di quella che esce. - l’aria che esce contiene anidride carbonica, CO₂ (diossido di carbonio o biossido di carbonio) - contiene vapore acqueo H₂O

ANALISI DELL’ARIA ESPIRATA (1) Obiettivo: -misurare la temperatura dell’aria espirata Materiale occorrente: -termometro da laboratorio Come abbiamo lavorato: Procedimento: -rilevamento della temperatura ambiente: 21°C -rilevamento della temperatura espirando sul bulbo del termometro: 25°C Conclusioni: - l’aria passando attraverso i polmoni si riscalda.

ANALISI DELL’ARIA ESPIRATA (2) Obiettivo: -verificare la presenza di CO₂ nell’aria espirata Materiale occorrente: -provette di vetro -portaprovette -acqua di calce -una cannuccia L’acqua di calce è una soluzione satura di idrossido di calcio Ca(OH)₂ preparata a partire da acqua e calce. Si preleva il liquido ottenuto dopo la filtrazione del precipitato. L’acqua di calce viene utilizzata per verificare la presenza di CO₂. Infatti in presenza di CO₂, l’acqua di calce si intorbida, cioè diventa biancastra. La reazione che avviene è questa: Ca(OH)₂+CO₂CaCO₃+H₂O idrossido + anidride  carbonato + acqua di calcio carbonica di calcio la sua solubilità diminuisce all’aumento sale insolubile della temperatura in acqua

Come abbiamo lavorato: Procedimento: -versare pochi ml di acqua di calce in due provette (una ci serve per campione, cioè per confronto). -espirare attraverso la cannuccia in una provette, essa diventa biancastra. Conclusioni: - l’aria espirata contiene CO₂.

ANALISI DELL’ARIA ESPIRATA (3) Obiettivo: - l’aria espirata contiene vapore acqueo Materiale occorrente: -vetro della finestra Come abbiamo lavorato: Procedimento: -espirare sul vetro. Osservazioni: -il vetro si appanna. Conclusioni: - l’aria espirata contiene vapore acqueo.

Come fanno i polmoni a gonfiarsi di aria? Obiettivo: -verificare come fanno i polmoni a gonfiarsi di aria. Materiale occorrente: -bottiglia di plastica tagliata -tubicino -tappo -palloncino -palloncino tagliato da fissare sul fondo della bottiglia (membrana flessibile: Come abbiamo lavorato:

Procedimento: -il tubicino è collegato con l’esterno Procedimento: -il tubicino è collegato con l’esterno. -tirando la membrana flessibile sul fondo della bottiglia l’aria entra nel tubicino ed il palloncino si gonfia. -la membrana simula il diaframma cioè il muscolo che separa la cavità toracica dalla cavità addominale. Osservazioni: - l’aria è presente intorno al palloncino nella bottiglia ma NON intorno ai polmoni! -in questo caso il palloncino si gonfia come una borsa: i polmoni NO! -tuttavia il modello illustra bene la funzione svolta dal diaframma.

Commento dell’alunna Questa esperienza mi è piaciuta molto perché è un modo diverso di fare lezione a scuola. Siamo partiti col porci delle domande sulla respirazione, e siamo arrivati a delle conclusioni attraverso degli esperimenti. E’stato molto interessante perché abbiamo proceduto come dei “Piccoli Scienziati”, infatti abbiamo prodotto dei semplici strumenti, abbiamo misurato ed eseguito dei calcoli e ci siamo resi conto anche di alcuni limiti come le imprecisioni delle misurazioni. Imparare in questo modo, secondo me, significa capire davvero.