Tesi sul laboratorio scientifico nella scuola primaria

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PALERMO FACOLTÀ DI SCIENZE DELLA FORMAZIONE Corso di Laurea in Scienze della Formazione Primaria __________________________ Indirizzo scuola primaria Tesi di laurea di: Giuliana Croce Relatore: Ch.mo Prof. Claudio Fazio ANNO ACCADEMICO 2005/2006 INDICE INTRODUZIONE……………………………………………………….pag.5 Cap.1 I riferimenti teorici 1.1 Una riflessione pedagogica:insegnare………………………………….pag.8 1.2 L’aspetto psicologico: insegnamento / apprendimento…………………pag.9 1.3 Bruner: come agevolare l’apprendimento.………………………….....pag.11 1.4 Lo sviluppo dell’intelligenza: modello Binet – Guilford……………...pag.12 1.5 Apprendimento spontaneo e indotto…………………………………...pag.12 1.6 Ostacoli ai processi di apprendimento………………………………....pag.13 1.7 Il rapporto docente discente ………………………………………….. pag.15 1.8 Conoscenza comune e conoscenza scientifica………………………... pag.16 1.9 Il problema del cambiamento concettuale…………………………..... pag.17 1.10 Come stimolare l’apprendimento come cambiamento concettuale... pag.19 1.11 Il concetto di risorsa……………………………………………….... pag.19 1.12 Concetti di ancoraggio e analogie ponte………………………….… pag.20 1.13 Importanza del laboratorio di scienze………………………………. pag.22 1.14 La zona di sviluppo prossimale……………………………………...pag.23 1.15 Esperire e sperimentare…………………………………………….. pag.24 1.16 L’importanza dello studio della scienza…………………………… .pag.24 1.17 L’organizzazione e lo sviluppo della conoscenza scientifica ……….pag.25 1.18 Definizione del concetto di modello……………………………….. .pag.27 Cap 2 Contenuti di termologia 2.1 La temperatura……………………………………………………......pag.30 2.2 Punto di vista microscopico e macroscopico………………………... pag.30 2.3 Interpretazione microscopica della dilatazione………………………. pag.32 2.4 Costruzione di un termometro……………………………………….. pag.33 2.5 L’equilibrio termico………………………………………………… pag.34 2.6 Calore e trasmissione di calore……………………………………… pag.34 2 2.7 Equazione fondamentale della calorimetria…………………………. pag.35 2.8 Gli stati della materia e i cambiamenti di stato…………………….... pag.36 Cap 3 Progettazione del modulo 3.1 Premessa al modulo: “ Il percorso Calore e Temperatura”…………. pag.38 3.2 Il modulo e riferimenti teorici……………………………………….. pag.41 3.3 La progettazione didattica… il modulo……………………………... pag.42 3.4 Gli esperimenti fatti con materiali poveri…………………………… pag.44 3.5 Struttura generale di ogni situazione di apprendimento…………….. pag.45 3.6 Modalità di Svolgimento della situazione di apprendimento……….. pag.46 3.7 Obiettivi Generali……………………………………………………. pag.47 3.8 Relazione situazioni/concetti……………………………………….. .pag.48 Situazione N° 1 “Le sensazioni termiche”…………………………….. .pag.51 Quaderno di laboratorio…………………………………………………. pag.52 Situazione N° 2 “Un modello microscopico per la temperatura”..……... pag.55 Quaderno di laboratorio………………………………………………….. pag.60 Situazione N° 3“La dilatazione termica ”………..…………………….... pag.61 Quaderno di laboratorio………………………………………………….. pag.64 Situazione n° 4“Come si costruisce un termometro”………..………...… pag.65 Quaderno di laboratorio…………………………………………………... pag.71 Situazione N° 5 “L’equilibrio termico”………..……………………….... pag.72 Quaderno di laboratorio…………………………………………………... pag.75 Situazione N°6 “Il calore”…………...…………………………………... pag.76 Quaderno di laboratorio ………………………………………………..….pag.80 Situazione N°7 “Le diverse forme dell’acqua”…………………………... pag.81 Quaderno di laboratorio…………………………………………………... pag.85 Situazione n°8 “Calore specifico”…..………………………………….... pag.86 Quaderno di laboratorio…………………………………………………... pag.90 Esiti formativi…………………………………………………………… pag.93 3 Cap 4 La sperimentazione Sperimentazione IIC 4.1 Introduzione………………………………………………………..…. pag.95 4.2 Diario di bordo……………………………………………………..…. pag.95 4.2.1 “21 MARZO 2006”La somministrazione del pre-test...………….… pag.95 4.2.2 Trascrizione della registrazione del pre- test effettuato in IIC…..…. pag.96 4.2.3 “29 MARZO 2006”La sperimentazione….....………………….…. pag.102 4.2.4 Trascrizione del momento della sperimentazione………………… pag.104 4.2.5 “9 Aprile 2006” La verifica tramite il compito in situazione.……. pag.113 4.2.6 “10 Aprile 2006” Realizzazione cartellone…..…………………... pag.115 4.3 Sperimentazione IV C ………………………………………………..pag.117 4.3.1 Introduzione ………………………………………………………..pag.117 4.3.2 Il giorno della sperimentazione…………………………………… pag.121 4.3.3 Materiale prodotto dagli alunni di IV C…………………………... pag.126 4.3.4 Le frasi significative………………………………………………. pag.130 4.4 Considerazioni sull’esperienza svolta in IVC……………………….. pag.133 Cap 5 la tabulazione dei dati………………………………………….. pag.134 CONCLUSIONI………………………………………………………… pag.152 BIBLIOGRAFIA………………………………………………………... pag.154 4 INTRODUZIONE Per poter realizzare questo lavoro, ho seguito un percorso che mi ha portato a mettere realmente in pratica i fondamenti degli studi seguiti durante la mia carriera universitaria, riflettendo sui principi cardini della pedagogia studiata e su aspetti di psicologia, che mi hanno aiutato a capire meglio i meccanismi del pensiero del bambino. Per poter costruire il modulo e riuscire a pormi nel modo più adeguato ai miei alunni, di fondamentale importanza è stato il percorso effettuato nelle discipline scientifiche, quali : la didattica della fisica, la didattica della matematica, e infine il laboratorio di preparazione di esperienze didattiche, nel quale il professore ci ha fatto riflettere e vivere un insegnamento delle discipline scientifiche tramite modalità che implichino l’ apprendere attraverso l’esperire. L’ipotesi sulla quale si basa questo lavoro di sperimentazione, è che i riferimenti all’esperienza di vita comune e un uso “forte” della didattica laboratoriale possono agevolare, in bambini della scuola primaria, il passaggio dalla conoscenza comune alla conoscenza scientifica. La tesi consta di cinque capitoli. Nel I capitolo sono discussi i riferimenti teorici che mi hanno sostenuto ad affrontare in modo adeguato la parte che riguarda la didattica delle discipline scientifiche. Nel II capitolo faccio riferimento a tutti i contenuti dell’argomento scientifico che ho deciso di sviluppare (dal punto di vista didattico), e sperimentare in classi di scuola primaria. Gli argomenti sono: gli stati della materia e i fenomeni termici. Nel III capitolo è sviluppato il modulo didattico vero e proprio, che si articola in otto situazioni di apprendimento, quali : 1 Le sensazioni termiche 2 Un modello microscopico per la temperatura 3 La dilatazione termica 4 Come si costruisce un termometro 5 L’equilibrio termico 6 Il calore 7 Le diverse forme dell’acqua 8 La capacità termica Ogni situazione di apprendimento è supportata da un quaderno di laboratorio, dal quale l’insegnante può prendere spunto per rilevare i pre-requisiti di ogni bambino e rilevare i risultati di apprendimento ottenuti , dopo aver effettuato gli esperimenti di laboratorio. 5 Il IV capitolo riguarda la sperimentazione del modulo, che ho scelto di destinare ad alunni di una classe seconda e quarta della scuola primaria dell’ “Istituto Comprensivo Mantegna Borsellino” di Palermo. Per svolgere la mia sperimentazione ho trovato utile utilizzare il diario di bordo, strumento impiegato durante gli anni di tirocinio nelle scuole, nel quale registro le mie impressioni, i miei stati d’animo e quelli dei bambini durante la fase di sperimentazione. Il diario di bordo è integrato da una trascrizione sulle conversazioni più rilevanti registrate con i bambini, e dai lavori più significativi prodotti dagli stessi. Nel V ed ultimo capitolo vi è la tabulazione dei dati raccolti nella quarta classe, nella quale ho potuto fare un’analisi quantitativa dei dati. Nei capitoli che seguono sono dunque riassunti i punti fondamentali di quel sapere che mi ha portato oggi a presentarmi con questo lavoro, nel quale cerco e spero di esprimere non solo le mie conoscenze, ma anche il saperle mettere in pratica con i bambini, e ottenere che esse diventino parte integrante del loro sapere nel senso più ampio del termine. 6 7 1.1 Una riflessione pedagogica:insegnare. La prima riflessione dalla quale ho iniziato il mio percorso didattico, è di natura pedagogica e pone l’attenzione sul ruolo dell’ insegnante nella relazione didattico - educativa che si istaura in ambito scolastico. Affinché il bambino apprenda, l’insegnante non solo deve sapere le adeguate conoscenze, ma deve anche sapere come proporle ai propri alunni. È una modalità di relazione che implica il genio educativo, in quanto un insegnante deve favorire l’apprendimento, conoscendo e gestendo adeguatamente gli strumenti che egli ha nelle proprie mani. Infatti non si è solo detentori di un sapere che deve essere partecipato in qualsiasi maniera, ma si insegna sapendo che ci si relaziona con alunni che hanno delle proprie conoscenze, abilità e competenze sulle quali bisogna costruire il nuovo sapere. Nel rapporto docente discente si istaura una comunicazione interpersonale nel senso più ampio del termine, dove si stabilisce un processo interattivo, circolare, dinamico, evolutivo e irreversibile. Il comunicare favorisce lo scambio di idee e l’arricchimento di entrambe le parti, si mette così in atto una crescita interpersonale. Quando la trasmissione del sapere è adeguata, non si svilisce come atto puramente meccanico, ma diventa un atto personale veramente creativo, sia per chi comunica il sapere sia per riceve tale sapere. L’esito pedagogico di una trasmissione meccanica è quasi nullo: l’esperienza inautentica dell’insegnamento produce piuttosto un processo di depressione intellettuale. Il docente deve essere un mediatore fra i processi di apprendimento e i contenuti della conoscenza. Concludo con questa frase di Dewey che esprime ciò che credo debba essere l’essenza dell’insegnamento: ‘ per insegnare bene l’inglese a John, è necessario amare l’inglese, amare insegnare l’inglese, e amare John.’ Da tutto questo parte il mio cammino. 8 1.2 L’aspetto psicologico: insegnamento / apprendimento Lo studio dell’aspetto psicologico di ciò che avviene durante il processo di insegnamento apprendimento è fondamentale per un insegnante, perché gli permette di non lasciare al caso la sua azione e di fornire i giusti input affinché il discente impari nel migliore dei modi, modi che possono essere diversi, partendo da stimoli diversi. I più recenti orientamenti teorici in ambito psicologico vedono il processo di apprendimento come un processo attivo vissuto dall’uomo. Secondo queste teorie l’uomo è un soggetto che fa cadere la scelta su determinate informazioni, le conserva, le elabora, le modifica, diventando parte di sé. I modelli psicologici ai quali mi sono riferita mi hanno aiutato ad organizzare meglio il mio lavoro, e l’ approccio ai miei alunni è stato mosso da quelle teorie che più ho creduto potermi aiutare a superare gli ostacoli che mi si sarebbero posti innanzi. Tra i primi modelli ho analizzato quello di Piaget, uno dei maggiori teorizzatori dell’idea che l’essere umano è un soggetto attivo nella costruzione della propria conoscenza secondo il modello di adattamento che avviene attraverso la fase di assimilazione e accomodamento. Si ha assimilazione quando un organismo adopera qualcosa del suo ambiente per un'attività che fa già parte del suo repertorio e che non viene modificata (l’esempio è il caso di un bambino di pochi mesi che afferra un oggetto nuovo e lo porta alla bocca, l’afferrare e il portare alla bocca sono movimenti già acquisiti che vengono però applicati ad un nuovo oggetto). Questo processo predomina nella I fase di sviluppo. Nell’assimilazione, dunque, il soggetto immette nei propri schemi concettuali, nuove informazioni che siano compatibili con gli schemi stessi. Nella II fase invece prevale l'accomodamento, allorché il bambino può svolgere un'osservazione attiva sull'ambiente tentando altresì di dominarlo. Le vecchie risposte si modificano al contatto con eventi ambientali mutevoli (nel caso del bambino precedente se l’oggetto è difficile da afferrare dovrà per esempio modificare la modalità di presa). Un buon adattamento all'ambiente si realizza quando assimilazione e accomodamento sono ben integrati tra loro. Con l’accomodamento, il soggetto sistema nuove informazioni non compatibili con le precedenti. Questo modello cognitivo viene successivamente ripreso da Glasersfeld nel 1989 in un momento in cui l’interesse è volto alla conoscenza dei motivi per cui ci siano, da parte degli studenti, determinati errori che persistono proprio in ambito delle scienze sperimentali. Glasersfeld sviluppa quindi a partire dalle teorie piagettiane il modello costruttivista dell’apprendimento. Secondo questo modello un essere umano costruisce il proprio sapere fin 9 dalla nascita attraverso un processo spontaneo che raccoglie dal mondo esterno informazioni, che organizza in schemi. Il mondo esterno è rappresentato dal mondo naturale e dalla comunità sociale. Nel corso della propria vita, si passa attraverso diversi livelli di conoscenza nei differenti campi del sapere. Così un fisico potrà avere livelli di conoscenza alti nella fisica e bassi nel campo umanistico. Il livello di saturazione del sapere in una persona può essere raggiunto nel caso in cui nulla più di quanto appreso possa essere immagazzinato dal soggetto (ma noi riteniamo che la capacità di apprendimento di un individuo sia sempre in continua evoluzione!), oppure un livello di saturazione può essere raggiunto nel caso in cui il soggetto viva in situazioni di deprivazione culturale, quindi uno studente si trova lontano da un livello di saturazione del sapere purché non si trovi in una situazione di deprivazione ambientale e culturale. L’acquisizione di nuovi elementi del sapere avviene principalmente attraverso due modi: il primo è che nuove conoscenze si inseriscono naturalmente negli spazi vuoti degli schemi di conoscenza che un individuo ha; nel caso in cui i nuovi elementi di conoscenza non riescono però a trovare sistemazione negli schemi di conoscenza preesistenti, allora vi è una modifica della rete. In questo caso può avvenire il problema dell’incomprensione perché non riusciamo a far conciliare le vecchie conoscenze con le nuove. Si potrebbe allora avere bisogno di più tempo per riorganizzare gli schemi alla luce del nuovo sapere. Avviene così la modifica della rete. L’uomo riesce a esternare il proprio sapere quando prende coscienza della rete di conoscenza già stabilizzata, non quella in fase di modificazione. Pensare con la propria testa, significa proprio essere capaci di prendere consapevolezza della rete di conoscenza relativo ad un dato argomento. Se non si riesce a far mente locale a ciò che si conosce su determinati aspetti affrontati, c’è il rischio che si inseriscano nuove conoscenze nei nostri schemi mentali, che diventano slegati e incomprensibili perché ancorati a nulla di quanto già sappiamo. È proprio il caso in cui l’alunno impara qualcosa che rimane a lui incomprensibile. Ciascuno di noi ha reti di conoscenza proprie, diverse l’uno dall’altro. L’unicità di ognuno è anche legata a questo aspetto, ma ciò che accomuna tutti gli esseri umani, è proprio il modo di appropriarsi di tali conoscenze. 10 1.3 Bruner: come agevolare l’apprendimento. Jerome Seymour Bruner nei suoi studi, individua i modi per favorire e accelerare il processo di apprendimento e individua i caratteri principali che deve possedere una teoria dell’istruzione. Anche se in psicologia esistono già delle teorie dell’apprendimento e dello sviluppo, una teoria dell’istruzione è di maggiore utilità in quanto le teorie sono descrittive anziché prescrittive, ci mostrano quindi ciò che è avvenuto, dopo che l’evento si è già verificato: per esempio, il fatto che la maggior parte dei bambini di 6 anni ancora non possieda la nozione di reversibilità. Una teoria dell’istruzione, viceversa, può cercare di stabilire i mezzi migliori per guidare il bambino al raggiungimento di tale nozione. Una teoria dell’istruzione, in breve, riguarda il modo con cui si apprende meglio ciò che si vuole insegnare, mira cioè a migliorare piuttosto che a descrivere l’apprendimento. Una teoria dell’istruzione ha quattro principali caratteristiche. Innanzitutto, deve stabilire quali esperienze siano più adatte a generare nell’individuo una predisposizione ad apprendere. Ad esempio: Quale tipo di relazioni con persone e cose nell’ambiente prescolastico tenderà a rendere il bambino disposto e capace di apprendere, allorché inizierà la scuola? In secondo luogo, una teoria dell’istruzione deve specificare il modo in cui un insieme di cognizioni deve essere strutturato perché sia prontamente compreso dal discente. L’efficacia di una struttura dipende dalla sua capacità di semplificare l’informazione, di generare nuove proposizioni e di rendere più maneggevole un insieme di cognizioni. La struttura deve sempre riferirsi alla situazione ed alle doti del discente. In terzo luogo, una teoria dell’istruzione deve specificare la progressione ottimale, con cui va presentato il materiale che deve essere appreso. Supposto, per esempio, che si desideri insegnare la struttura della fisica moderna, come dovremo regolarci? Dovremo cominciare col presentare esperienze concrete in maniera tale da provocare domande sulla regolarità di certi fenomeni o piuttosto cominciare con dei simboli matematici che rendano piú facile la raffigurazione della regolarità dei fenomeni che si incontreranno successivamente? Quali risultati saranno in effetti raggiunti da ciascun metodo, e come descrivere la loro combinazione ideale? Infine una teoria dell’istruzione dovrebbe specificare la natura e il ritmo delle ricompense e delle punizioni nel processo dell’apprendimento e dell’insegnamento. Intuitivamente appare chiaro che, man mano che l’apprendimento progredisce, esista un momento in cui è senz’altro consigliabile allontanare dalle ricompense estrinseche, quali ad esempio una lode dell’insegnante, passando a ricompense intrinseche, in cui l’alunno scopri il piacere di fare e 11 imparare per sé, per un puro atto intellettuale intimamente personale. 1.4 Lo sviluppo dell’intelligenza: modello Binet – Guilford L’impostazione dell’azione didattica deve mirare allo sviluppo dell’intelligenza. Tra i tanti modelli proposti sulle fasi importanti dello sviluppo dell’intelligenza, c’è quello di BINET – GUILFORD che è il più adatto alle attività di tipo scientifico, secondo il quale le fasi principali dello sviluppo dell’intelligenza sono quattro: 1) Conoscenza e memoria: è la fase in cui il docente indaga sulle conoscenze, i pre-requisiti, perché il nuovo sapere non sia avulso e astratto rispetto al bagaglio già posseduto dagli allievi. I pre-requisiti sono il punto dal quale partire 2) Pensiero divergente: la fase del cambiamento di regole del gioco, in cui il bambino scopre nuove cose e nuove strategie. È il pensiero creativo, alternativo e originale. E' sollecitato da situazioni aperte, come quelle sociali, e che ammettono più soluzioni alternative. Secondo Guilford il pensiero divergente è misurato da 3 indici: - Fluidità: parametro quantitativo basato sull'abbondanza delle idee prodotte - Flessibilità:capacità di cambiare strategia ed elasticità nel passare da un compito ad un altro che richiede un diverso approccio - Originalità:capacità di formulare soluzioni uniche e personali che si discostano dalla maggioranza 3) Pensiero convergente: momento dell’analisi e della sistematizzazione delle nuove conoscenze. È il ragionamento logico e razionale. Consiste in un procedimento sequenziale e deduttivo, nell'applicazione meccanica di regole apprese, nell'analisi metodica di dati. Si adatta a problemi chiusi che prevedono un'unica soluzione. E' il pensiero sollecitato anche dalla scuola. 4) Pensiero critico: confronto tra ciò che si sa, con ciò che si sapeva. Rappresenta il momento della riflessione 1.5 Apprendimento spontaneo e indotto All’azione didattica corrisponde una risposta da parte dell’allievo che viene coinvolto nell’apprendimento del sapere. Esistono due diverse modalità di apprendimento: l’apprendimento spontaneo e l’apprendimento indotto. L’apprendimento spontaneo è quello caratteristico dei primi anni di vita del bambino, è quello che avviene grazie alla convivenza con gli altri. È un sapere che si assimila implicitamente, è la base della formazione della cosiddetta conoscenza comune, è un sapere intuitivo. 12 L’apprendimento indotto è quello connesso all’istruzione scolastica, legato proprio alla trasposizione del sapere da una persona ad un’altra. Il comportamentismo fa riferimento all’apprendimento indotto. La teoria piagettiana fa invece riferimento all’apprendimento spontaneo. Nella realtà è comunque quasi impossibile distinguere in maniera forte i due tipi di apprendimento, in quanto l’uno presuppone spesso anche l’altro. Il modello di apprendimento cognitivista mette in risalto alcuni problemi che sorgono nel processo di apprendimento per l’intersecarsi di processi interni al soggetto con processi di interazione col mondo naturale e con la comunità scientifica. 1.6 Ostacoli ai processi di apprendimento Sono stati individuati alcuni fattori che possono costituire un ostacolo ai processi di apprendimento. Questi fattori sono: - Il linguaggio - Le strategie adottate per acquisire, connettere, elaborare informazioni e per la soluzione di problemi - L’organizzazione delle conoscenze, nonché le caratteristiche degli schemi di conoscenza. Il linguaggio è il primo strumento con il quale l’uomo trasmette il sapere, lo manipola, lo elabora… il linguaggio è la fonte principale per la comunicazione tra gli esseri umani. Esso può essere di ostacolo in campo scientifico quando le parole di senso comune non sono compatibile con il sapere scientifico. Nel caso dei fenomeni legati alla temperatura e al calore è di uso comune dire ad esempio: “il ferro è freddo” “la lana è calda” In cui le percezioni tattili sono in disaccordo con il principio zero della termodinamica per cui due corpi in equilibrio termico con un terzo corpo si trovano in equilibrio termico anche fra di loro. Spesso il linguaggio comune si appropria di termini scientifici cambiandone il senso, svuotandoli del significato originale, come ad esempio nel caso in cui il concetto di temperatura è confuso con quello di calore. L’insegnante deve essere un abile l’arbitro, un esperto mediatore dei significati affinché i modelli spontanei diventino modelli più scientifici, ovvero condivisi da una comunità e rispondenti a una realtà naturale. 13 Dal punto di vista didattico è importante capire il tipo di strategie che l’uomo usa nell’acquisizione del sapere, e proprio in relazione al sapere scientifico, vecchie teorie sostenevano che lo scienziato adottava strategie sue proprie, diverse da quelle che può adottare un uomo qualsiasi. Ma questa teoria è stata soppiantata da nuove idee a riguardo, che tendono a considerare l’uomo come uno scienziato. Malgrado la peculiarità dello scienziato sia una probabile particolare predisposizione innata, sembra più plausibile dare un valore di scientificità anche al pensiero di qualsiasi essere umano, che adotta il metodo di confrontare somiglianze e differenze o di fare ipotesi e verifiche a prescindere dall’istruzione scolastica. C’è comunque un forte intreccio tra contenuti e strategie di conoscenza, ed è proprio sulle strategie di conoscenza che la psicologia dell’istruzione ha focalizzato la sua attenzione, distinguendo tre tipi di conoscenza: - la conoscenza dichiarativa - la conoscenza procedurale - la metaconoscenza La conoscenza dichiarativa rappresenta ciò che effettivamente si sa. La conoscenza procedurale è costituita dai processi adottati per la risoluzione di problemi. La metaconoscenza non sono altro che la presa di coscienza delle strategie metacognitive, nonché è la capacità di ragionare sul proprio ragionamento, sulle strategie che si utilizzano nell’acquisizione del sapere. È ampiamente sostenuto che la metaconoscenza sia un aspetto favorito dalla scolarizzazione e che i tre tipi di conoscenza siano aspetti legati l’un con l’altro. Più si è esperti, più si possiedono conoscenze ben organizzate e migliori strategie metacognitive. Per quanto riguarda l’organizzazione della conoscenza dichiarativa, si considera che l’uomo organizzi il sapere per reti di conoscenza, nonché usa di schemi mentali che possono trasformarsi secondo diverse possibilità: - per accrescimento, con l’inserimento nello schema di nuovi elementi - per modulazione con parziali modifiche - per ristrutturazione, quando si ha una modifica sostanziale dei precedenti schemi. Avendo visto una sintesi sugli studi sull’apprendimento, appare abbastanza chiaro il fatto che l’apprendimento non sia un semplice compito passivo vissuto dallo studente, ma è una esperienza che coinvolge in prima persona. Ma è pur vero che si può apprendere in modo più o meno autentico. Non si apprende in modo autentico, quando ad esempio gli studenti utilizzano formule, seppur corrette, di cui non conoscono il senso. 14 È importante che lo studente riesca a cogliere il cuore del sapere, riesca a scavare il senso più recondito di quanto la cultura gli offre, ma è importante che l’insegnante adotti le giuste strategie perché ciò avvenga. 1.7 Il rapporto docente discente Tra docente e discente si instaura un legame rappresentato dalla conoscenza che deve essere trasposta dall’uno all’altro. Il docente e il discente sono dunque legati da una relazione, e la responsabilità per un efficace apprendimento non è solo il discente, ma anche l’educatore, che deve decidere che tipo di significato vuol dare all’apprendimento. Ci sono due possibili significati: - uno di uso connesso alla comprensione - uno di uso puro nel secondo caso l’apprendimento si riduce ad un puro addestramento, in cui si verifica una relazione di causa-effetto. Lo scopo in questo caso è quello di stimolare determinate risposte. Malgrado sia riconosciuta l’importanza dell’addestramento in determinati campi, in ambito scientifico ciò che l’insegnamento dovrebbe produrre è una comprensione della conoscenza stessa. In questo caso il compito dell’insegnante non è più quello di produrre l’apprendimento, ma quello, ancora più importante, di favorirlo. In questo modo si incoraggiano quegli strumenti di pensiero che possono rendere l’essere pensante autosufficiente. Perché si stabilisca questo tipo di relazione è necessario che l’insegnante tenga presente che: - deve avere ben chiaro il livello di padronanza dei contenuti che si accinge ad insegnare, deve compiere perciò in questo modo una metariflessione sulle conoscenze possedute. La metacognizione dell’insegnante deve mirare a riflettere su se stesso, sulle proprie conoscenze e a capire per prevenire gli errori in cui incorrono gli alunni. - deve inoltre mettere in conto che lo studente potrebbe utilizzare schemi di conoscenza che possono essere in contrasto con lo schema scientifico propostogli. Di conseguenza la comunicazione della conoscenza non deve compiersi in maniera unidirezionale dall’insegnante all’alunno. All’ insegnante spetta il compito di partecipare il suo sapere, ma anche l’alunno deve partecipare il suo, rivelando i suoi schemi di conoscenza in modo tale che il docente possa essere un buon mediatore tra il sapere scientifico e quello comune di ciascun alunno. La trasmissione del sapere deve diventare un dialogo tra i soggetti coinvolti. La comunicazione dei contenuti va intesa in senso ampio, non come mera trasmissione di conoscenze. 15 Quindi nella sua azione didattica, l’insegnante deve fare in modo che l’alunno possa esplicitare le proprie rappresentazioni mentali e deve favorire il confronto tra gli alunni programmando dei lavori di gruppo perché l’incontro può essere occasione di arricchimento Nasce da qui l’importanza di utilizzare anche strategie di organizzazione didattica, come ad esempio il cooperative learning. Il cooperative learning è un metodo di insegnamento a mediazione sociale di tipo orizzontale in cui vengono strutturati i compiti perché siano gli alunni a lavorare autonomamente tra loro. L’apprendimento è sicuramente un processo attivo individuale ma perché questo possa avvenire è importante che il processo sia anche condiviso e vissuto socialmente. 1.8 Conoscenza comune e conoscenza scientifica Per definizione, si può affermare che l’insegnante comunica la conoscenza scientifica e per capire bene il processo di insegnamento apprendimento dobbiamo poter individuare somiglianze / differenze tra la conoscenza comune e la conoscenza scientifica. Per fare questo è necessario capire quali sono gli schemi di conoscenza comune e quali sono le differenze con gli schemi della comunità scientifica. Infine è opportuno vedere se il processo di costruzione della conoscenza comune è simile a quello della conoscenza scientifica. Un fattore importante che influenza il modo di costruire la nostra conoscenza è l’azione che la realtà socio culturale agisce su noi. Il vivere in una data realtà, con determinati input culturali ci rende diversi rispetto a ciascun altro essere umano. Il linguaggio è ancor più determinante nell’agevolare o comunque influire nella costruzione di determinati schemi per l’acquisizione della conoscenza. È comunque innegabile che in tutti gli esseri umani possiamo rilevare degli isomorfismi sui processi di costruzione della conoscenza. E uno scienziato? È indubbiamente un esperto che si è specializzato in un determinato campo del sapere ma che ha usato uno strumento, il cervello, in grado di conoscere attraverso schemi di conoscenza, strategie cognitive che qualsiasi essere umano può avere. Così le nuove teorie cognitiviste escludono un’assoluta unicità della mente dello scienziato, e allargano la loro veduta accogliendo l’idea dell’ uomo scienziato, capace anch’egli di utilizzare strategie cognitive fondamentalmente uguali a quelle utilizzate dagli scienziati, quali confrontare e classificare dei fatti o degli eventi, ricercare somiglianze o differenze, e ricercare ipotesi o inferenze che permettono la previsione o la verifica. Quindi si consolida l’idea di un sapere comune costruito alla stessa stregua del sapere scientifico. 16 Però spesso la conoscenza comune si pone come ostacolo alla conoscenza scientifica proprio perché spesso il senso comune fornisce significati poco corretti scientificamente ad alcuni termini. 1.9 Il problema del cambiamento concettuale L’apprendimento in visione costruttivista viene visto come un adeguamento o modificazione dei vecchi schemi concettuali per dare spazio a nuove informazioni. Ma alcuni schemi di conoscenza spontanea possono essere diversi dagli schemi scientifici, e per questo provocare errori di comprensione. La conoscenza spontanea e quella formale hanno origini diverse, l’una nasce dall’individuo, l’altra è imposta dalla scuola, ed è quella istruzione finalizzata all’acquisizione di determinate conoscenze, programmate e controllate. Mentre, la conoscenza spontanea è quasi incontrollabile perché è l’apprendimento nato dallo stimolo di tutto il mondo esterno che una persona vive e respira continuamente. Nella visione costruttivista si tende all’integrazione dei due tipi di conoscenza, affinché la conoscenza scientifica diventi parte integrante dell’essere e la conoscenza comune si adegui correttamente alla conoscenza scientifica e si rivesti di esattezza. Vygotskij usa la metafora delle viti per rendere meglio il senso del rapporto dei due saperi con l’uomo. Egli identifica il sapere comune (o spontaneo) e quello scientifico con le viti. Il sapere spontaneo è rappresentato da una vite che parte dal basso e cresce verso l’alto, sottolineando che è parte dello sviluppo organico dell’individuo. La conoscenza scientifica è una vite che cresce verso il basso, e rappresenta così l’imposizione agita sull’individuo. Nell’apprendimento scientifico le due viti devono intrecciarsi e perdere la loro specificità. È quindi importante che si trovi il modo affinché la conoscenza scientifica si intrecci validamente con la conoscenza comune, operando dove necessario delle correzioni. È in questo caso che si verifica cambiamento concettuale. Il concetto di cambiamento è prospettato da Watzlawich secondo una scala gerarchica di due livelli di cambiamento, in cui il primo livello di cambiamento si ha quando all’interno di un sistema di regole si aggiungono nuove conoscenze che comunque non portano ad una modificazione delle regole stesse; il secondo livello di cambiamento riguarda il cambiamento delle regole del sistema, perché avvenga ciò e necessario uscire dallo schema, raggiungendo così un livello superiore. 17 Un esempio del secondo livello è dato dalla risoluzione di un problema legato al quadrato gestaltico (da Vicentini Mayer, “DIDATTICA DELLA FISICA” ed.La Nuova Italia, pag 5859) Su questa figura si chiede di tracciare quattro linee che tocchino tutti i punti, senza mai sollevare la matita dal foglio. A primo impatto sembra impossibile, perché la disposizione dei punti ci fa vedere un quadrato che inconsciamente ci suggerisce di non poter uscire dai confini. L’abbandono della regola ci fa però trovare la soluzione. Per trovare la soluzione abbiamo dovuto cambiare il punto di vista, abbiamo utilizzato il pensiero divergente: creativo, alternativo e originale. Abbiamo utilizzato una strategie che esce fuori dagli schemi che il gioco sembra volerci imporre. 18 1.10 Come stimolare l’apprendimento come cambiamento concettuale. Per stimolare l’apprendimento, è necessario che le conoscenze siano intelligibili, plausibili e utili. È intelligibile nel momento in cui chi deve apprendere, cioè il soggetto, ne capisce il senso e ne appura la coerenza. I contenuti devono essere anche plausibili, quindi il soggetto deve riconoscerne la validità esplicativa e predittiva. Infine è necessario che il sapere sia utile, per permettergli di risolvere problemi precedentemente non risolvibili. Nel caso della fisica il senso di cambiamento concettuale si ha attuando il passaggio dalla conoscenza spontanea, spesso resistente al cambiamento, a quella scientifica che a volte sembra contro-intuitiva. Non è necessario comunque operare uno sradicamento della conoscenza comune, bisogna tuttavia riconoscere il contesto appropriato di utilizzo della conoscenza comune e di quella scientifica. Il bambino deve capire ad esempio in che contesto sia giusto dire “la lana è più calda del cotone” oppure “ misuro la febbre”. La ricerca sull’insegnamento della fisica è stata dominata dagli studi sui preconcetti e sulle difficoltà degli studenti che aiutano a capire il ragionamento degli studenti e gli ostacoli che essi causano nell’apprendimento. Per questo motivo è necessario che l’insegnante non pensi di operare sul so alunno come se egli fosse tabula rasa, ma deve operare con l’alunno perché i pre concetti si trasformino con il nuovo sapere. I preconcetti dunque, devono rappresentare per l’insegnante il punto di partenza 1.11 Il concetto di risorsa Quando si presenta un problema poco comune, i fisici generalmente cercano di risolverlo utilizzando strategie imparate tramite le conoscenze acquisite nel corso degli anni. Se lo stesso problema è posto ad una persona comune, sicuramente anch’egli svilupperà delle strategie e utilizzerà una serie di risorse che possiede, per venire a capo del problema. Se però il problema è semplice e familiare, simile a qualche altro problema trattato precedentemente, allora la persona comune, così come lo scienziato, sa già quale strada percorrere per risolverlo. Altrimenti il percorso sarà più difficile e si cercherà così tra le svariate risorse cognitive possedute, quelle che potrebbero aiutare a risolvere il problema. A volte però si può incorrere nell’errore dell’applicazione di una risorsa sbagliata pensando che sia giusta, ciò non 19 vuol dire però che la risorsa stessa sia errata, può essere errata la sua applicazione in quel contesto Gli errori che spesso fa un insegnante dell’ambito scientifico, è quella di avere delle congetture errate riguardo alle risorse disponibili da parte degli studenti. Lo studio sulle difficoltà e sugli errori degli studenti mira proprio a far ridimensionare queste congetture spesso errate. È noto che gli studenti spesso non possiedono il corretto significato di alcuni concetti di scienze, come ad esempio il concetto di temperatura e calore, né però, sono tabula rasa sulle quali gli insegnanti possono inserire delle idee corrette. Al contrario gli studenti hanno una vasta conoscenza sviluppata dalla loro esperienza giornaliera. Spesso l’errore degli insegnanti è l’essere portati a sottovalutare in che modo quella conoscenza differisca nella sostanza e nella struttura da quella che essi stessi sperano di impartire. Se degli studenti hanno delle risorse scarsamente efficaci in certi contesti, non vuol dire che essi abbiano scarse risorse in qualsiasi contesto. Ciò implica che gli studenti hanno nella loro conoscenza precedente la materia prima per acquisire la nuova conoscenza ed è importante focalizzare l’attenzione su questa materia prima. 1.12 Concetti di ancoraggio e analogie ponte Dunque esistono risorse produttive nella comprensione degli studenti, e non tutti i preconcetti sono errori. La comprensione degli studenti si allinea bene con quella dei fisici attraverso i concetti di ancoraggio ed essi possono servire come analogie ponte per aiutare gli studenti ad applicare quelle conoscenze in altri contesti. È un esempio la strategia utilizzata per aiutare gli studenti a capire il concetto newtoniano di “Forza passiva”. Se si chiede agli studenti di indicare le forze che entrano in gioco tra un tavolo e un libro poggiato su di essa, prontamente gli studenti indicheranno due forze verso il basso esercitata rispettivamente dal libro e dalla forza gravitazionale, ma probabilmente avranno difficoltà a individuare quella verso l’alto esercitata dal tavolo. In altre parole gli studenti hanno difficoltà a capire che il tavolo ha un ruolo causale nell’interazione con il libro, e non passivo. Allo stesso modo, gli studenti non presentano questa difficoltà se pensano ad una molla piuttosto che al tavolo, perché intuiscono la forza esercitata dalla molla contro la sua compressione, quindi individuano la forza diretta verso l’alto. Così è opportuno utilizzare la conoscenza che gli studenti hanno sulle molle per capire il concetto newtoniano di forza passiva. 20 In questo modo si è attivato un percorso che stimola l’apprendimento attraverso proprie risorse possedute dallo studente. Emerge un modello ancora più preciso parlando di concetti primitivi presenti nella struttura cognitiva di ognuno. I concetti primitivi rappresentano la più piccola parte della struttura cognitiva. Per esempio se si chiede a un bambino di spiegare perché ci sia più caldo in estate che in inverno, molti studenti potrebbero rispondere che esso è causa della vicinanza maggiore della terra al sole proprio nei mesi estivi. La motivazione più prevedibile per cui gli studenti danno questa risposta è per via di una deduzione errata fatta dalla conoscenza che la terra ruota attorno al sole lungo un’ ellissi, e che il momento di maggiore vicinanza al sole corrisponde all’estate. Non considerando, invece, che la temperatura della terra, durante l’anno, dipende dalla inclinazione dell’asse terrestre. Ma un’interpretazione alternativa e meno superficiale spiega l’errore commesso dagli alunni in un altro modo. Dato che essi non hanno alcuna conoscenza pregressa sull’argomento, cercano di trovare le risposte sforzandosi di individuarle nella loro rete cognitiva, utilizzando strategie adottate in altri contesti. Una delle prime risorse che loro identificano è la nozione che spesso “più vicino vuol dire più forte”. Così più mi avvicino a un odore maggiore sarà la sua percezione, più mi avvicino a un rumore, maggiore saranno i suoi effetti nei miei timpani, più mi avvicino a una fonte di calore, più il mio corpo si riscalderà…tirate le somme di questo ragionamento intuitivo, più la terra è vicino al sole e più caldo ci sarà. 21 Nel caso dell’odore, del rumore, del corpo che si riscalda vicino a una fonte di calore, i concetti primitivi sono stati adeguati per una corretta comprensione dei fenomeni. Ma nel caso in cui gli studenti spiegano le stagioni in termini di prossimità al sole, può essere considerata come un’attivazione non corretta di questa risorsa, piuttosto che pensare che quello che non è corretta sia la pre-conoscenza. Da quanto detto si può dedurre che è importante capire le strategie adottate dagli studenti e interpretare il loro modo di ragionare. Bisogna attivare quelle conoscenze adatte alle situazioni che ad essi si pongono. L’istruzione può dunque essere progettata per aiutare gli studenti ad usare più produttivamente le proprie risorse. 1.13 Importanza del laboratorio di scienze Le motivazioni che inducono all’insegnamento delle scienze in laboratorio sono dovute al fatto che all’allievo interessa capire come funzionano le cose, spiegare perché funzionano in un certo modo, e mettere in relazione le diverse conoscenze. Inoltre la fisica è una scienza sperimentale che ha per oggetto il mondo esterno, nella quale si suppongono dei postulati che devono essere confrontati attraverso il riscontro che deve essere fatto tra teoria e dati sperimentali. Le scienze inoltre sono composte da una struttura logico-formale di leggi, modelli e teorie. Gli obiettivi sono addestrativi e comportamentali. Addestrativi perché in laboratorio allievo impara a fare, manipolare, misurare; usare strumenti di misura; registrare le misure, rappresentarle graficamente, lavorare sul quaderno di laboratorio. Gli obiettivi comportamentali sono anch’essi di grande importanza, in quanto in laboratorio il bambino impara a lavorare in gruppo, a rispettare le consegne, si impegna a eseguire gli esperimenti in modo attivo e con coinvolgimento personale, si confronta con i compagni, accetta le “regole del gioco”. La metodologia con la quale si deve seguire il lavoro in laboratorio per agevolare l’apprendimento da parte degli allievi, deve seguire il modello di sviluppo dell’intelligenza (vedi paragrafo 1.4) che secondo Guilford è composto da quattro fasi: 1. fase della conoscenza e della memoria. 2. fase del pensiero divergente. 3. fase del pensiero convergente. 4. fase del pensiero critico. 22 Partendo dunque sempre da oggetti concreti e sulla base delle proprie conoscenze, l’allievo osserva, scopre e indaga, formula dunque delle ipotesi. Dopodichè egli dà forma alle proprie idee identificando e separando variabili, misurando, analizzando, confrontando con le proprie conoscenze. Nel laboratorio, il momento in cui si riflette su esperienze di vita quotidiana abituati a descrivere attraverso il linguaggio comune, aiuta a sviluppare il pensiero critico e il passaggio dal linguaggio quotidiano a quello scientifico. L’aspetto del laboratorio pratico, in cui il bambino fa, misura, e utilizza gli attrezzi messi a sua disposizione, aiuta alla formalizzazione del sapere e stimola il pensiero convergente. Inoltre attraverso esperimenti stimolanti e curiosi, si spinge l’allievo a trovare spiegazioni e potenziando il pensiero divergente. Non bisogna però solo pensare ad un fare pratico, è importante che ci sia operatività anche da parte della mente. Il laboratorio permette di agire sia con le mani che con la mente. Con il laboratorio il bambino vede, tocca, scopre e fa in prima persona. Si passa dalla teoria alla pratica. Il bambino però non viene lasciato da solo, non diventa autodidatta, anche in questo caso il docente ha funzioni di mediatore del sapere, indirizza al lavoro di scoperta, stimola il sapere degli allievi, adotta gli strumenti più adeguati. 1.14 La zona di sviluppo prossimale L’ambito entro cui si muovono le nuove nozioni apprese è quello definito da Vygotskij zona di sviluppo prossimale, definita come la distanza fra il livello di sviluppo attuale, definito dal tipo di abilità mostrata da un soggetto che affronta individualmente un compito e il livello di sviluppo di cui un soggetto dà prova quando affronta un compito del medesimo tipo con l’assistenza di un adulto o di un coetaneo più abile. In altre parole si tratta della differenza fra due prestazioni di un bambino:senza o con l’assenza di un partner. La zona di sviluppo prossimale definisce i limiti cognitivi superiori e inferiori entro i quali l’insegnamento può avere efficacia. Secondo V. l’insegnamento è utile solo quando si colloca oltre il livello di sviluppo attuale, conducendo il bambino a intraprendere attività che lo spingono a superare se stesso. Egli parla inoltre di mediazione riferendosi alle concrete attività fra due partner, interazione che avviene attraverso il linguaggio. L’attività di mediazione presenta due caratteristiche: la prima è costituita dallo sviluppo della consapevolezza e del controllo volontario della conoscenza, che si concretizza nella costruzione di concetti scientifici che V. distingue nettamente dai concetti di vita quotidiana. E secondo quanto suggeritomi da V. le mie attività con i bambini promuovono un sapere mosso dall’aiuto dell’insegnante durante le attività laboratoriali. 23 1.15 Esperire e sperimentare. Altro aspetto importante che coinvolge la conoscenza scientifica è che non solo l’uomo fa esperienza (la stessa che fa l’uomo comune nella vita di ogni giorno), ma anche sperimenta. Nello sperimentare l’uomo predispone la realtà in un certo modo per poterla studiare secondo un certo piano. L’esperire è un’attività spontanea , lo sperimentare prevede a priori l’utilizzo di determinate strategie. Lo sperimentare è il modo di agire in laboratorio. Nel mondo naturale l’uomo è coinvolto in una realtà più complessa, anche semplici fenomeni sono interessati dall’interazione di tanti altri aspetti della realtà, nel laboratorio c’è il vantaggio per lo studioso di poter isolare quegli aspetti della realtà che sono oggetto del suo studio. Dopo aver studiato i fenomeni in laboratorio, però i risultati devono poter essere raccordati al mondo reale. Lo studio dello scienziato non deve essere avulso dal resto del mondo. Per lo scienziato, il laboratorio è il referente diretto, mentre il mondo naturale funge da sfondo. Per l’uomo comune, al contrario, è il mondo naturale che costituisce il referente diretto. 1.16 L’importanza dello studio della scienza La scienza descrive e spiega il mondo. I tre aspetti di contenuto che caratterizzano la scienza, sono: descrizione spiegazion fenomeni Essi rappresentano i tre punti di vista con i quali possiamo vedere il mondo, e l’interconnessione di questi tre aspetti, ci dà una visione globale di esso. L’educazione scientifica permette al bambino di imparare a pensare e ad agire su aspetti che quotidianamente si presentano ai suoi occhi. Inoltre grazie all’educazione scientifica si entra in possesso di quelle conoscenze abilità che forniscono quelle competenze fondamentali perché il bambino impari ad acquisire autonomamente le proprie conoscenze. È importante dunque che l’azione didattica evolva nella direzione scientifica. 24 Ma per studiare un fenomeno scientifico si devono seguire delle tappe precise, quali: • Individuare le grandezze rilevanti per la sua descrizione • Determinare le relazioni tra esse, a livello qualitativo e quantitativo • Spiegare il perché di tali relazioni Grazie a questo percorso si passa dall’oggetto concreto, all’oggetto astratto. L’associazione oggetto - concetto favorisce l’apprendimento. Compito dell’allievo è quello di vedere con gli occhi per imparare anche a vedere con la mente. 1.17 L’organizzazione e lo sviluppo della conoscenza scientifica A differenza di un uomo comune, lo scienziato sviluppa i propri schemi di conoscenza mettendo in relazione le informazioni provenienti dal mondo naturale e dal mondo del laboratorio, con le conoscenze provenienti dalla comunità sociale della quale fa parte anche la sotto-comunità scientifica. Con questa ultima si instaura un rapporto di scambio e di confronto. È grazie a questo scambio che il sapere assume l’importanza di conoscenza scientifica, perché è una conoscenza che deve essere universalmente condivisa. L’uomo comune, invece, tende a dare spiegazioni sui fatti del mondo in una maniera più semplicistica e intuitiva, e tende ,dunque, a considerare esatte le spiegazioni più semplici che vengono da una immediata deduzione di quello che i nostri sensi percepiscono. La conoscenza comune perde questa caratteristica di scambio e di condivisione del sapere. Dallo schema che segue appare chiaramente sintetizzato il processo con il quale l’uomo comune raccoglie dati sperimentali dal mondo naturale e raccoglie informazioni dalla comunità sociale per costruire suoi modelli della realtà con i quali capisce la realtà. L’uomo comune riceve informazione dalla comunità sociale in maniera unidirezionale e modifica in alcuni casi i suoi schemi di conoscenza. 25 Mondo naturale Comunità sociale Raccoglie dati sperimentali dal INDIVIDUO Riceve informazioni dalla costruisce Schemi di conoscenza che sono Modelli di realtà che gli permettono di Prevedere/controllare/ricercare nuove informazioni/immaginare esperienze diverse ed eventualmente modificare Lo scienziato, a differenza dell’uomo comune, rileva dati sperimentali sia dal mondo naturale che dal mondo del laboratorio, e oltre che ricevere egli dà informazioni alla comunità sociale e a quella scientifica che gli permettono di costruire nuovi schemi di conoscenza che assurgono a “conoscenze universalmente condivise”. Nella condivisione del sapere si riconosce il peso della scientificità 26 Mondo naturale/mondo del laboratorio Comunità sociale/comunità scientifica Produce artefatti Raccoglie dati sperimentali dal Riceve /dà informazioni dalla/alla scienziato costruisce Schemi di conoscenza che sono Modelli di realtà che gli permettono di Prevedere/controllare/ricercare nuove informazioni/immaginare esperienze diverse ed eventualmente modificare 1.18 Definizione del concetto di modello. Un modello è una rappresentazione semplificata della realtà, che può inizialmente tener conto soltanto di alcune caratteristiche di questa, al fine di descrivere e interpretare i fenomeni naturali. Il modello è di tipo descrittivo, quando è finalizzato alla individuazione delle grandezze fisiche che si ritengono rilevanti per descrivere un dato aspetto della realtà. Si parla, invece, di modello interpretativo, quando si cerca di mettere in luce i “meccanismi interni di funzionamento” che permettono di comprendere il perché dell’evoluzione di un dato fenomeno osservato in natura. 27 In letteratura di ricerca in didattica della matematica e della fisica è facile trovare definizioni diverse del processo di costruzione di un modello (Gilbert et al., 1998). Noi intendiamo per “modellizzazione” di un fenomeno il processo che porta a: a) individuare le variabili che possono essere rilevanti nella descrizione del fenomeno stesso; b) dare una descrizione verbale e schematica del fenomeno; c) determinare le relazioni esistenti tra le variabili; d) esprimere tali relazioni tramite equazioni e/o regole che danno al modello una valenza predittiva. e) trovare meccanismi che possano spiegare la descrizione del fenomeno data nei punti precedenti I diversi passi del processo di modellizzazione portano ad una comprensione più completa di un fenomeno e sono sostanzialmente più profondi e formativi della semplice risoluzione di equazioni o dell’adattamento ai dati sperimentali di funzioni matematiche. È opportuno notare che i cinque punti sopra indicati non devono necessariamente essere tutti sviluppati a qualsiasi livello didattico: essi indicano la sequenza completa dei passi che il discente dovrebbe imparare a compiere per poter acquisire la capacità di procedere alla modellizzazione di fenomeni osservati ma il docente accorto selezionerà e dimensionerà opportunamente la loro trattazione adattandola alle proprie finalità didattiche e al livello a cui vuole sviluppare i discorsi relativi alla modellizzazione. 28 29 I paragrafi che seguono, sintetizzano i contenuti sulla temperatura e il calore che sono alla base della progettazione del modulo. 2.1 La temperatura Se versiamo in una pentola dell’acqua appena uscita dal frigorifero e la riscaldiamo mettendo la pentola a diretto contatto di un fornello elettrico, con le mani possiamo rilevare un cambiamento di sensazione termica sulla nostra pelle che possiamo definire via via: gelido, freddo, tiepido, caldo, bollente. Ma se vogliamo indicare in maniera oggettiva quanto l’acqua sia calda, o fredda,o bollente dobbiamo fare riferimento al concetto di stato termico di un corpo o di una sostanza. Per quantificare lo stato termico di un corpo dobbiamo utilizzare una grandezza fisica detta temperatura. una grandezza scalare associata allo stato termico di un corpo 2.2 Punto di vista microscopico e macroscopico Per capire perché varia lo stato termico di un corpo dobbiamo osservare le nostre sostanze cambiando il punto di vista, infatti di primo acchito i nostri sensi non ci possono spiegare come e perché le sostanze variano la loro temperatura, dobbiamo microscopio fare che uso di ci un potente faccia vedere “dentro” la materia.(fig.1) Figura 1, uomo al microscopio I fenomeni così come i nostri sensi li percepiscono, in cui i corpi sono presi nella loro globalità, sono considerati su scala macroscopica. 30 Quando invece ci soffermiamo a esaminare i complessi comportamenti delle singole particelle che costituiscono il corpo, non rilevabili dai sensi umani, allora studiamo ciò che accade su scala microscopica. Tramite prove sperimentali si è arrivati, dapprima indirettamente, poi tramite l’uso di strumenti a microscopia avanzata, a concludere che tutti i corpi sono formati da molecole . Da altre prove indirette si è, inoltre, desunto che anche le molecole sono composte da particelle più piccole: gli atomi (fig.2). Figura 2, atomo di ossigeno In natura esistono 92 tipi diversi di atomi che costituiscono l’unità strutturale più piccola della materia. Un modello molto semplice ma ragionevolmente corretto, almeno da un punto di vista della visualizzazione immediata, rappresenta gli atomi come costituiti da un nucleo, nel quale si trovano i protoni (particelle dotate di carica elettrica positiva) e i neutroni ( che sono senza carica), attorno al quale in varie posizioni orbitano gli elettroni (particelle molto più piccole delle precedenti e cariche negativamente). Dato che, normalmente, il numero delle cariche negative è uguale a quello delle cariche positive, gli atomi risultano elettricamente neutri. La caratteristica che distingue un atomo dagli altri è proprio il numero degli elettroni e dei protoni, diverso per ciascun tipo di atomo. Più atomi costituiscono una molecola. La molecola è la più piccola unità di sostanza che possa esistere conservando invariate tutte le proprietà chimiche della sostanza stessa. 31 Le molecole vengono comparate a delle minuscole sfere rigide che compiono dei movimenti continui e casuali, che per questo motivo sono dotati di energia cinetica ed energia potenziale. La somma delle varie forme di energia possedute da tutte le molecole, considerate appunto come piccole sfere rigide, che compongono un determinato sistema, costituisce quella che prende il nome di energia interna del sistema. Il lavoro necessario per separare due molecole può essere maggiore o minore a seconda dell’energia, detta energia di legame, che le tiene insieme. L’energia di legame esprime il lavoro che una forza deve compiere per sottrarre una molecola all’attrazione della molecola vicina. Le molecole di un sistema non stanno ferme nelle loro posizioni ma si muovono, oscillando in modo disordinato attorno alle loro posizioni di equilibrio con una ben definita energia media. La temperatura di un sistema è una grandezza fisica che tiene conto dello stato di agitazione termica molecolare, ovvero dell’ energia cinetica media delle molecole che costituiscono il sistema. Per semplificare molto, potremmo, inoltre dire che l’agitazione delle molecole non si rispecchia solo in un innalzamento della temperatura, ma anche in una dilatazione del corpo che prende il nome di dilatazione termica. Infatti, quando misuriamo la temperatura si utilizza il termometro, ma in realtà la temperatura non si può misurare direttamente. Non esiste uno strumento che mi rilevi quanto movimento fa ciascuna molecola all’aumentare della sua temperatura, e allora per rilevare una temperatura, effettivamente misuriamo la variazione della dilatazione di un metallo che normalmente in natura si trova allo stato liquido e che è molto sensibile alle variazioni di temperatura : Figura 3, il termometro il mercurio. 2.3 Interpretazione microscopica della dilatazione. In natura non è solo il mercurio contenuto nel termometro che subisce dilatazione se posto a contatto di una fonte di calore che ne fa variare la temperatura. Tutte le sostanze si dilatano se sottoposte a variazioni di temperatura. 32 L’aumento della temperatura si rispecchia in un aumento dell’energia cinetica media delle molecole. Tale aumento di energia determina, a causa della maggiore agitazione molecolare, provoca un allontanamento delle molecole le une dalle altre le quali, perciò, finiscono per occupare più spazio. 2.4 Costruzione di un termometro. Per costruire un termometro basta prendere un tubicino trasparente collegato ad un bulbo contenente la sostanza che deve dilatarsi al variare della temperatura.. All’estremità superiore del tubo viene fatto il vuoto per evitare che la pressione influenzi il comportamento del mercurio. Si è realizzato quello che si chiama un “termoscopio” , ovvero uno strumento che permette di rilevare le variazioni della temperatura tramite la dilatazione della sostanza contenuta nel bulbo. Dopodichè si procede con la taratura dello strumento. Essa si baserà sul fatto che sostanze come l’acqua sono dotate, in termini di temperatura dei cosiddetti “punti fissi”, ovvero di situazioni specifiche nelle quali la temperatura si mantiene costante. Tali situazioni di riferiscono, in particolare, alle fasi di cambiamento di stato, ad esempio da solido a liquido e da liquido ad aeriforme. Si pone il termoscopio in una vaschetta contenente del ghiaccio fondente. Il mercurio tenderà a scendere (se, chiaramente, nell’ambiente la temperatura è a valori superiori allo 0°C) e a stabilizzarsi in un punto, rispetto al quale tracceremo un segno, che chiameremo, per convenzione, punto a 0°C. Poi immergeremo il bulbo del termoscopio in una pentola piena di acqua che bolle. Aspetteremo che il mercurio si stabilizzi in un altro punto che, per convenzione, chiameremo 100°C. Dopo aver segnato i punti estremi del nostro termometro possiamo procedere alla ripartizione in cento parti del termometro, nell’ipotesi che la dilatazione termica sia lineare al variare della temperatura (ipotesi poi verificabile a posteriori). Figura 4, il termoscopio 33 2.5 L’equilibrio termico Il concetto di equilibrio termico è facilmente osservabile nell’esperienza di vita quotidiana. Quando prepariamo dell’acqua calda e la poniamo in un ambiente a temperatura inferiore, essa tenderà a raffreddarsi. La tazza di acqua tende a cedere calore all’ambiente circostante, fino a quando acqua e ambiente possiedono la stessa temperatura, cioè lo stesso stato termico, per cui non è più possibile che venga ceduto del calore Due corpi si dicono in equilibrio termico quando si trovano nello stesso stato termico, cioè quando hanno la stessa temperatura Per questo motivo, dunque, se mettiamo a contatto due corpi aventi la stessa temperatura non avverrà nulla, perché essi si trovano già nello stesso stato termico, e dunque sono in equilibrio termico. Se invece si mettono a contatto due corpi aventi temperature differenti, quello più caldo cederà calore a quello più freddo fino ad arrivare nella situazione di equilibrio termico. E secondo il Principio zero della termodinamica: Due corpi in equilibrio termico con un terzo corpo si trovano in equilibrio termico anche fra di loro. Quindi la temperatura è la manifestazione a livello macroscopico del movimento molecolare che avviene a livello microscopico ed è un indice dell’energia cinetica media delle molecole. 2.6 Calore e trasmissione di calore Così come si analizza il concetto di temperatura dal punto di vista microscopico, allo stesso modo risulta più completo studiare il concetto di calore dal punto di vista microscopico. Supponiamo di avere due corpi: A e B a diverse temperature. TA > TB. Vediamo un semplice modello microscopico che spiega il passaggio di energia da A a B. Il corpo A possiede una temperatura più elevata di B, ciò significa che le molecole di A in media si muovono più velocemente delle molecole di B. Se mettiamo a contatto i due corpi, sulla superficie che li separa, si verificano degli urti fra le molecole più veloci di A e quelle più lente di B. Di conseguenza le molecole di A rallenteranno in media il loro movimento mentre le molecole di B lo aumenteranno, fino a quando tutte le molecole in media si muoveranno allo stesso modo raggiungendo così l’equilibrio termico, nonché la stessa temperatura. Ciò che si sposta dal corpo A al corpo B non sono le molecole, ma il movimento di vibrazione che permette di trasmettere energia di tipo cinetico. Si può sostanzialmente affermare che ciò che avviene è un passaggio di energia dal corpo caldo al corpo freddo: è questo il fenomeno fisico a cui si dà il nome di calore. 34 Quindi possiamo definire il calore è una forma di energia in transito che si trasmette da un corpo a temperatura maggiore a uno a temperatura minore. In genere, il calore entra in azione in presenza di uno sbalzo termico, cioè di una differenza di temperatura (praticamente sempre, tranne quando ci si trova in una fase di passaggio di stato). Quando due corpi a contatto raggiungono la stessa temperatura, non avviene più alcun passaggio di energia e dunque non ha più alcun senso parlare di calore (si potrebbe anche dire che passa tanto calore da A a B quanto ne passa da B ad A …). Temperatura e calore non sono, dunque, la stessa cosa: il calore è la causa delle variazioni di temperatura, che costituiscono un effetto conseguente alla trasmissione del calore. 2.7 Equazione fondamentale della calorimetria Supponiamo di mettere su due fornelli assolutamente identici, rispettivamente 1 kg di acqua e 4 kg di acqua. È facilmente intuibile che si riscalderà prima 1kg di acqua rispetto a 4kg di acqua. Questo perché laddove c’è una massa quattro volte maggiore, un analogo ammontare di energia deve essere suddiviso tra un numero quadruplo di molecole e, di conseguenza, l’energia cinetica media risulterà minore. Da questo si evince che: Il calore necessario per provocare un prefissato aumento della temperatura di una sostanza dipende dalla sua massa. Analogamente è chiaro che avendo due masse di acqua alla stessa temperatura, ci vorrà più tempo per portare una delle due masse di acqua all’ebollizione, piuttosto che portarla al valore di 50°C. dunque: Il calore necessario per incrementare la temperatura di una sostanza di massa prestabilita, dipende dalla temperatura finale e da quella iniziale; esso dipende, cioè, dalla variazione di temperatura. A parità di quantità d’energia fornita, vale a dire con la medesima quantità di calore trasmessa, l’aumento della temperatura non procede nello stesso modo, ma dipende dal tipo di sostanza. Quindi la quantità di energia o calore che una sostanza deve assorbire per riscaldarsi è: - direttamente proporzionale alla massa - direttamente proporzionale all’aumento di temperatura - legata alle particolari caratteristiche della sostanza. Queste informazioni possono essere sintetizzate nell’equazione fondamentale della calorimetria: 35 Q=c ·m ·∆t Dove Q è la quantità di calore trasmessa al corpo, m la sua massa, ∆T la variazione di temperatura T-T0 (con T0 temperatura iniziale e T quella finale) e la grandezza c, detta calore specifico, viene introdotta per tenere conto del tipo di sostanza. Di conseguenza c= Q ∆t m se a partire dall’equazione fondamentale della calorimetria divido primo e secondo membro per delta T, avremo: Q = c⋅m ∆t Il prodotto c · m ci fornisce una nuova informazione: quanto calore occorre fornire ( o sottrarre) a un corpo per ottenere una determinata variazione della sua temperatura. Questa grandezza è la capacità termica. La capacità termica di un corpo indica se esso assorbe molto o poco calore per aumentare la propria temperatura di 1 °C. La capacità termica è il rapporto fra il calore assorbito (o ceduto) da un corpo e la sua corrispondente variazione di temperatura. Capacità termica = Calore Variazione di temperatura 2.8 Gli stati della materia e i cambiamenti di stato. A livello macroscopico le sostanze possono assumere tre stati: solido, liquido, aeriforme. Lo stato solido ha una forma e un volume propri. Lo stato liquido ha un volume proprio ma non forma propri. Lo stato aeriforme non ha né forma né volume propri. Questi tre stati sono il risultato, a livello microscopico, delle interazioni reciproche fra le molecole. Applicando energie molto elevate si possono ridurre o spezzare del tutto tali legami, dando luogo a un cambiamento di stato. Il passaggio da uno stato all’altro della materia si chiama appunto cambiamento di stato. 36 37 3.1 Premessa al modulo: “ Il percorso Calore e Temperatura” La scelta di un percorso sul calore e la temperatura è stata opportunamente fatta in quanto analizza concetti con i quali spesso il bambino si trova a scontrarsi e dal quale più facilmente egli trae le sue congetture, ipotesi, riflessioni che si discostano dalla realtà scientifica. Promuovere questo ambito della conoscenza non è sicuramente facile, basti pensare ai concetti chiave, come calore e temperatura, che si rivelano di difficile comprensione e richiedono un notevole sforzo didattico, sia da parte dell’insegnante che da parte del “piccolo apprendista”. Non è un caso che diverse ricerche e sperimentazioni didattiche riguardano proprio le difficoltà di apprendimento e di insegnamento dei processi termici. (vedi Vicentini Mayer, “DIDATTICA DELLA FISICA” ed. La Nuova Italia, capIV). Le ricerche svolte mostrano che i concetti di calore e temperatura, i fenomeni di riscaldamento e di raffreddamento, l'equilibrio termico, i passaggi di stato, ecc. sono affrontati e interpretati, anche alla fine degli studi, con errori ricorrenti, e una visione alternativa a quella disciplinare. Ciò che si riscontra è che, anche dopo lo studio della termodinamica, gli studenti ricorrono a strategie di ragionamento tipiche, fortemente ancorate a idee di partenza, precedenti allo studio, e a una visione ingenua della fisica che si forma fin dai primi anni di vita. Le difficoltà di apprendimento e di insegnamento dei processi termici Alcune delle difficoltà ricorrenti riguardano: - il non riconoscere che gli oggetti presenti in una stanza, indipendentemente dal materiale di cui sono costituiti (plastica, ferro, ecc.), sono alla stessa temperatura (se non a contatto con sorgenti di calore); - il non saper prevedere la diversa rapidità con cui si scioglie un cubetto di ghiaccio appoggiato su un foglio di polistirolo o su una lastra di alluminio; - la confusione tra i termini calore e temperatura a volte usati come sinonimi; - il credere che calore e temperatura siano sempre direttamente proporzionale; il ritenere che il calore è contenuto negli oggetti e che oggetti aventi massa maggiore contengono più calore e quindi hanno una temperatura maggiore; - il ruolo svolto dalle caratteristiche dei materiali (calore specifico, conducibilità termica) nell'interazione tra sistemi; - il legame tra energia interna, calore, capacità termica, temperatura, lavoro, nei processi termici e nelle trasformazioni più comuni. Un modo per affrontare le difficoltà di apprendimento e insegnamento in questo specifico ambito, è quello di raccordare il più possibile la conoscenza comune della fenomenologia 38 termica a quella scientifica utilizzando gli strumenti didattici ed anche le nuove tecnologie in una sequenza graduale legata al raggiungimento di obiettivi specifici. Partendo dalla considerazione di tutti questi elementi ho cercato di strutturare un percorso che favorisse il superamento degli ostacoli imposti dalla conoscenza comune, e allo stesso tempo fare in modo che altre conoscenze potessero essere recuperate dalla conoscenza comune per agevolare il passaggio alla conoscenza scientifica. I contenuti scelti nel modulo della termologia prendono inoltre spunto dagli Obiettivi Specifici di Apprendimento previsti dalla Nuova Riforma per la classe seconda e quarta della Scuola Primaria. Obiettivi Specifici di Apprendimento sulla termologia (seconda classe) Conoscenze: Abilità: solidi liquidi e gas nell’esperienza di - trasformazione di oggetti e materiali ogni giorno - illustrare con esempi pratici alcune trasformazioni elementari dei materiali Già negli obiettivi specifici di apprendimento della classe seconda e terza della scuola primaria si indica tra le abilità da far raggiungere, quella di “Acquisire la consapevolezza della diversità di significato tra termini usati nel linguaggio comune e quelli del linguaggio specifico”. 39 Obiettivi Specifici di Apprendimento sulla termologia (classe quarta e quinta) Conoscenze: Abilità: energia termica nella vita quotidiana - illustrare la differenza tra temperatura e calore con riferimento all’esperienza ordinaria - Effettuare esperimenti su fenomeni legati al cambiamento di temperatura (evaporazione fusione ecc). Il modulo è articolato in otto situazioni di apprendimento così strutturate: Sit. : 7 Sit : 1 LE DIVERSE FORME DELL’ACQUA LE SENSAZIONI TERMICHE Sit. : 8 Sit. : 2 LA CAPACITÀ TERMICA UN MODELLO MICROSCOPICO PER LA TEMPERATURA Sit: 3 LA DILATAZIONE TERMICA Sit. : 4 COME SI COSTRUISCE UN TERMOMETRO Sit. : 5 L’EQUILIBRIO TERMICO Sit. : 6 IL CALORE 40 3.2 Il modulo e riferimenti teorici Il lavoro di progettazione del modulo è stato ampiamente articolato sulla base dei contenuti pedagogici espressi nella prima parte di questo lavoro. Riferendomi al modello costruttivista dell’apprendimento ho preso coscienza che non sarei dovuto partire da conoscenze lontane dalla loro realtà, sarebbero dovuto essere conoscenze da far integrare ai loro pre-requisiti, e così il mio percorso è stato progettato affinché tutte il nuovo sapere fosse integrato con il loro, nel migliore dei modi. Devo ammettere che mi sono più resa conto della necessità di tenere in considerazione il modello costruttivista dell’apprendimento, più che altro durante la fase di sperimentazione che di progettazione del modulo. All’inizio della mia progettazione ho creduto più logico partire dagli aspetti microscopici della realtà per giungere agli aspetti macroscopici che i bambini già possedevano, e procedere così dal particolare al generale. Ma nel momento in cui la mia idea si è dovuta concretizzare, ho costatato che sarebbe stato più facile (sia per me spiegare, che per i bambini apprendere) se fossi partita da concetti a loro familiari. Così durante la fase di sperimentazione ho condotto le mie situazioni di apprendimento, procedendo dal macroscopico (a loro noto) al microscopico, fino ad allora sconosciuto. In termini pratici, per spiegare ai bambini cosa fosse la temperatura, sono partita da ciò che loro sapevano sulla temperatura, sulle sensazioni termiche, sul ghiaccio, sull’acqua… e da quello ci siamo pian piano diretti insieme verso la scoperta di un nuovo mondo, quello microscopico. Seguendo poi la teoria dell’istruzione di Bruner ho organizzato ancora meglio il mio percorso didattico. Ho stabilito quali esperienze fossero più atte a generare nei bambini una predisposizione ad apprendere. Poi ho specificato il modo in cui strutturare l’ insieme delle situazioni di apprendimento per poter essere meglio apprese, ho cercato dunque di semplificare l’informazione, riferendomi sempre alle preconoscenze dei bambini. In fase di realizzazione mi sono resa conto della progressione ottimale, con cui dovevo presentare il materiale che deve essere appreso. Infine ho cercato di motivare i bambini incuriosendoli e ho fatto capire loro l’importanza delle cose nuove che stavano imparando. Per quanto riguarda la strutturazione del laboratorio ho utilizzato il modello sullo sviluppo dell’intelligenza di Binet-Guilford. 41 Nella fase di conoscenza e memoria, ho indagato sulle loro pre-conoscenze, nella fase del pensiero divergente i bambini hanno scoperto cose nuove ed hanno cercato di dare delle risposte ai perché che di volta in volta presentavo loro, poi siamo passati alla fase del pensiero convergente nella quale abbiamo sistemato le nuove conoscenze, abbiamo dato una risposta razionale ai fenomeni a noi presentati, per ultimo il momento conclusivo rappresentato dalla riflessione. 3.3 La progettazione didattica… il modulo La progettazione didattica è una costruzione delle attività da svolgere in classe, ed è una fissazione in modo rigoroso delle prestazioni divise in: PRESTAZIONI COMPETENZE e CAPACITÀ CONOSCENZE La competenza è un insieme di conoscenze teoriche, pratiche e di abilità che assicurano l'attitudine a svolgere una ampia serie di funzioni Una competenza è, però, spesso troppo “ampia” per poterne verificare l’acquisizione durante le normali attività didattiche, allora conviene introdurre gli “obiettivi specifici”, ovvero delle abilità di più semplice verifica, che concorrono all’acquisizione delle competenze 42 Il modulo ha una struttura Che divide il percorso didattico situazioni operative o di apprendimento strutturate in Percorsi di laboratorio esempi introduttivi Individuate da Esiti di formazione ovvero competenze in fieri Il cuore dell’ argomento è impostato secondo la strategia della ricerca da parte dell’insegnante delle concezioni dei bambini, e a sua volta della scoperta da parte degli allievi di nuove conoscenze che partono da un sapere esperito nella vita di ogni giorno attraverso i sensi e arrivano alla mente, rivestendosi di rigore scientifico. Imparare è, in questo caso più che mai, vedere con gli occhi per capire con la mente, non fermarsi solo alla intuizione dei sensi, ma dare a ciò che i sensi colgono, una logica concettuale. Il modulo è stato costruito e pensato come guida all’insegnante che deve ben contestualizzare il sapere scientifico in modo che possa essere adatto il più possibile ai bambini con i quali si trova ad affrontare gli esperimenti di laboratorio. Il lavoro non è stato sempre facile, perché per sviluppare i contenuti ho dovuto supporre e anticipare il pensiero dei bambini, ho dovuto precedere la loro mente, ho dovuto per prima capire fino in fondo l’argomento che stavo per affrontare, e ho dovuto poi usare le parole più facili, ma che allo stesso tempo dovevano essere le più corrette. Ho dovuto usare esempi e metafore, stando attenta a far immaginare le cose giuste. Nel modulo, partendo da esempi di vita reale, vengono forniti nuovi input per far riflettere sul perché di alcuni fenomeni fisici legati alla temperatura. 43 Ogni situazione di apprendimento è supportata da semplici esperimenti di laboratorio che il bambino effettua in prima persona con l’aiuto dell’insegnante. Nel modulo sono date alcune idee per l’utilizzo di strumenti, disegni, cartelloni che possono essere di aiuto in questo processo di scoperta da parte dei bambini. Per poter lavorare con maggiore criterio, al modulo si aggiunge il quaderno di laboratorio che rendiconta, attraverso le risposte date dai bambini, il passaggio graduale dalla conoscenza comune alla conoscenza scientifica passando attraverso la fase dell’esperimento. Il quaderno di laboratorio è un quaderno operativo, con il quale il bambino “interagisce” riflettendo e traendo conclusioni grazie alle domande che fanno emergere la conoscenza prima e dopo la fase della sperimentazione. L’utilizzo del quaderno di laboratorio, è stato fatto solo nella classe quarta della scuola primaria, nella classe seconda ho preferito condurre una discussione libera affinché i bambini non si stancassero troppo, considerando che hanno ancora poca dimestichezza con la scrittura. 3.4 Gli esperimenti fatti con materiali poveri. Gli esperimenti che ho proposto per l’insegnamento dei concetti legati alla termologia, sono sviluppati con materiali che per la maggior parte sono riuscita a recuperare facilmente. J. C. Maxwell, nel 1871, in occasione del discorso inaugurale del corso di fisica sperimentale, (primo corso in Inghilterra a poter disporre di un laboratorio di fisica per esercitazioni) disse: "Quanto più i materiali usati in un esperimento illustrativo sono semplici, quanto più essi sono familiari allo studente, tanto più sarà possibile che egli acquisisca completamente il concetto così presentato. Il valore educativo degli esperimenti di questo tipo è inversamente proporzionale alla complessità dell'attrezzatura. Lo studente che adopera un'attrezzatura "fatta in casa", che funziona sempre male, spesso impara di più di quello che ha a disposizione strumenti accuratamente calibrati, di cui può fidarsi, e che egli non osa smontare." Certamente Maxwell muove la sua considerazione in un periodo della storia della scienza in cui la tecnologia non era assolutamente arrivata ai livelli odierni altamente all’avanguardia come oggi. È vero infatti che esistono strumenti ad alta tecnologia che permettono agli studenti di scoprire cose che altrimenti non sarebbe possibile, lontani dunque dal condannare l’utilizzo di nuove strumentazioni per l’ esecuzione di semplici esperimenti, i motivi per cui si procede all’utilizzo dei materiali poveri sono diversi. Innanzi tutto molti docenti non hanno la possibilità di avere a disposizione le apparecchiature tipiche di un laboratorio di fisica. Inoltre l'uso di semplici esperimenti di fisica permette al docente di sfruttare una sorta di effettosorpresa: i fenomeni della fisica sono presenti non solo a livello tecnico-scientifico, essi ci circondano quotidianamente, anche negli oggetti familiari agli studenti e di uso più comune. 44 In più i semplici esperimenti di fisica possono essere inseriti a livello didattico con diverse modalità. Ad esempio: essere assegnati agli studenti come compiti a casa. Il più delle volte non avranno grosse difficoltà a recuperare i materiali necessari e ad eseguire l'esperimento. O si può creare un coinvolgimento degli alunni, incuriosendoli ancora prima di fare gli esperimenti, chiedendo l’oro il recupero dei vari materiali utili per la realizzazione delle attività. Ma bisogna stare attenti, perché non sempre i semplici esperimenti di fisica sono sempre così semplici da inserire nelle situazioni di apprendimento in modo adeguato, per cui è importante che da parte dell’insegnante non si perdano di vista alcune cose: - I semplici esperimenti di fisica, si possono utilizzare in qualsiasi momento della situazione di apprendimento, sia essa la fase di previsione o di valutazione o di consolidamento delle attività affrontate precedentemente. - Non sempre spiegare gli esperimenti è semplice come eseguirli, infatti a volte entrano in gioco fenomeni molto complessi.. E se gli studenti non capiscono in pieno il senso dell’esperimento, allora parte della sua efficacia viene perduta. - Non sempre gli esperimenti riescono, in quanto l’ambiente circostante a volte ne inficia la riuscita. Quindi è bene che ci si prepari perché non accada poi che si debba improvvisare per salvare il salvabile. - Un esperimento è tanto più efficace quanto più riesce ad intrigare l’alunno. Per cui quegli esperimenti che negano a volte la previsione più logica, sono spesso quelli che più interessano ai ragazzi. Su questa base si possono costruire le nuove conoscenze, che mettono d’accorso le preconoscenze, con le nuove. E bisogna soprattutto far capire che non esistono trucchi, ma che a tutto c’è una spiegazione che la scienza si preoccupa sempre di fornire. - Spesso un facile esperimento è possibile che l’alunno lo provi da solo , in questo caso è importante che gli si assegnino esperimenti di certa riuscita perché non debba frustrarsi nel caso contrario. E inoltre è importante proporgli esperimenti nei quali sia facile il recupero dei materiali. 3.5 Struttura generale di ogni situazione di apprendimento. - Tabelle su relazione situazione/concetti - Obiettivo - Contesto - Modalità di conduzione - Materiali utilizzati 45 - Esiti formativi da raggiungere. - Vocabolario Il calore e la temperatura vengono trattate dal punto di vista macroscopico e dal punto di vista microscopico: macroscopico La temperatura e il calore vengono trattati dal punto di vista microscopico Modello descrittivo Modello interpretativo Quando ci soffermiamo a esaminare i complessi Quando i fenomeni vengono comportamenti delle singole osservati per come i nostri sensi li particelle che costituiscono il percepiscono, quindi nella loro corpo, non osservabili globalità direttamente dai sensi umani 3.6 Modalità di Svolgimento della situazione di apprendimento ♦ Brainstorming sulle preconoscenze: Fase fondamentale per l’insegnante in cui si attestano le conoscenze pregresse sull’argomento, e dalle quali partire per lo sviluppo della situazione di apprendimento ♦ La sperimentazione: Svolta con materiali poveri, e nella quale l’alunno verifica di persona gli effetti di un dato fenomeno e li confronta con la sua previsione ♦ Argomentazione sulle nuove conoscenza apprese: 46 Studio del fenomeno, degli effetti, delle cause, in collaborazione con l’insegnante e attraverso il cooperative learning si enunciano i dati certi che l’esperimento ha dimostrato. ♦ Attività per il consolidamento dei concetti appresi: possono essere attività di qualsiasi genere, dal disegno all’elaborato scritto. ♦ Definizioni: sono la conclusione formale delle attività svolte, sono i contenuti affrontati negli esperimenti ♦ Fase della verifica : che non deve servire per giudicare l’alunno, ma per monitorare i suoi processi di apprendimento. Al termine di tutte le situazioni di apprendimento si trova una mappa generale di riferimento sulla relazione tra le varie situazioni di apprendimento e gli esiti formativi sviluppati volta per volta. 3.7 Obiettivi Generali Fase della conoscenza e memoria: fare emergere ciò che i bambini sanno, per esperienza diretta, su calore e temperatura. Fase del pensiero divergente: stimolare la capacità di scoperta di modi nuovi per risolvere problemi Fase del pensiero convergente: stimolare l’attività di analisi delle grandezze importanti, di rappresentazione corretta del fenomeno (nello scambio di calore tra oggetti, il calore passa sempre dall’oggetto di temperatura più alta verso quello a temperatura più bassa) Fase del pensiero critico: sviluppare la capacità di riflettere sugli aspetti importanti. Questi obiettivi generali riguardano i livelli: Cognitivo: descrivere con gli appropriati aggettivi ed avverbi ( freddo, caldo, assorbito, ceduto) capire, ad esempio, che la temperatura misura la capacità degli oggetti di cedere o assorbire calore dal mondo esterno. Operativo: osservare i fenomeni per individuare le proprietà dei materiali che compongono gli oggetti saper eseguire in tutte le sue fasi un piccolo esperimento sullo scambio di calore Espressivo grafico: saper descrivere a parole quanto osservato in una delle attività. Saper rappresentare in un disegno , simbolicamente, il verso del trasferimento di energia tra un corpo caldo e uno freddo. 47 3.8 Relazione situazioni/concetti Situazione reale concetti Fenomeno Concetti base riprodotto Concetti in organizzatori laboratorio Sit : 1 Le sensazioni termiche Indicazione di oggetti che Varie nella vita reale possono portate essere temperature percezione” differenti. temperatura di varie temperature. vaschette La soggettività nella a Metafora Sit. : 2 Caldo freddo delle stima Le molecole Energia biglie Un modello di movimento Nella situazione reale non la nudo la struttura temperatura molecolare Visione di filmati Sit: 3 Indicazione di oggetti che Anello nella vita reale possono gravesande. la della si visualizza ad occhio microscopico per “tramite dilatazione termica di variare la struttura fisica a Variazione della La struttura delle termica dilatazione molecole causa della variazione di Dilatazione temperatura mercurio. del all’interno dei corpi. Esperimento dei bicchieri. I Sit. : 4 termometri che i bambini conoscono Come costruisce si Costruzione di un Lunghezza, termometro deformazione e Il termometro taratura. un termometro Sit. :5 Temperatura dei corpi che Temperatura L’equilibrio si trovano in uno stesso corpi termico ambiente trovano dei che si in uno stesso ambiente 48 Calore passaggio energia come di l’equilibrio termico Sit. : 6 Esempi di corpi caldi che Bicchiere d’acqua Le riscaldano corpi freddi su delle molecole Il calore un fornello vibrazioni Calore elettrico. Metafora delle biglie Situazioni Sit. : 7 Le diverse forme della vita Realizzazione Ghiaccio, liquido, Cambiamenti quotidiana in cui l’acqua dell’acqua aeriforme, stato, si presenta in svariate sue svariate forme nelle cambiamento dell’acqua dell’aumento Il specifico calore di stato Comportamento Sit. : 8 temperatura costante durante il temperature forme. di della I fase: Aumento T° temperatura. nell’acqua e nell’olio in aumento casi diversi. sostanze T° di con masse diverse. II fase aumento della T° di sostanze diverse III fase aumento della T° di sostanze con T° iniziale diversa 49 della Equazione fondamentale della calorimetria 50 Situazione N° 1 “LE SENSAZIONI TERMICHE” Obiettivo: acquisizione del concetto di temperatura partendo dalle sensazioni termiche Contesto: aula, laboratorio Modalità di conduzione: argomentare, sperimentare, verificare. Materiali utilizzati: acqua, vaschette di plastica. Esiti formativi da raggiungere: descrivere la realtà sulla base di modelli spontanei; comunicare le proprie idee in un contesto di pari. Vocabolario: caldo, bollente, freddo, ghiacciato, tiepido, temperatura Fase 1 Il primo incontro con i bambini deve spiegare in maniera generale quello che si affronterà durante le ore di laboratorio. Si parlerà di calore e temperatura, di oggetti che aumentano la temperatura. Sicuramente i bambini hanno già sentito parlare di queste cose e spesso i termini quali calore, temperatura, caldo, freddo ecc. sono a loro abbastanza familiari. L’insegnante deve capire come questi termini facciano parte del loro bagaglio culturale e si inizia, quindi, con un’attività di brainstorming nella quale si pongono domande su esperienze di vita quotidiana dove vengano fuori parole legate alla temperatura. Fase 2 Dopo aver indicato più aggettivi possibili legati alla temperatura si spiega che gli aggettivi caldo, freddo, tiepido, ghiacciato, bollente… sono aggettivi che ci descrivono qualitativamente la temperatura in un corpo Ci descrivono cioè la sensazione che ci indica lo stato termico della sostanza.. Essi non danno indicazioni oggettive, in quanto il nostro corpo può percepire delle sensazioni diverse da quelle percepite da altre persone. 51 Dopo questa importante introduzione si procede a degli esperimenti in classe per far capire ai bambini la soggettività delle sensazioni termiche della temperatura nei nostri corpi. Esperimento ¬ Prendiamo dell’acqua a diverse temperature Chiedere ai bambini che sensazione hanno. Non tutti avranno le stesse sensazioni. Non tutti avranno dato la stessa risposta. Argomentare insieme a loro. E ancora… ogni bambino sperimenta che i nostri stessi sensi non sono sempre d’accordo tra loro. Esperimento Si preparano tre contenitori, il primo con acqua fredda (intorno ai 0°C), uno con acqua calda (intorno ai 50°C), il terzo con acqua ad una temperatura intermedia (intorno ai 15°C). Si immerge un dito nell’acqua calda e un altro nell’acqua fredda, poi entrambi nell’acqua tiepida. Le sensazioni termiche delle due dita, che pure si trovano immerse in uno stesso liquido a temperatura uniforme, sono differenti. Che sensazioni di temperatura hanno ogni volta? Fase 3 La sensazione di freddo o di caldo è infatti essenzialmente dovuta al fatto che l’oggetto toccato sottrae o cede energia termica alla mano. Dagli esperimenti fatti arriviamo ad una conclusione, che i nostri sensi da soli, non ci aiutano sempre e non riescono a farci mettere d’accordo con i nostri compagni. Nelle situazioni di apprendimento successive i bambini scopriranno che esiste uno strumento che è più preciso e oggettivo dei nostri sensi: il termometro. 52 Quaderno di laboratorio LE SENSAZIONI TERMICHE Tocca il piano del tavolo, la gamba di metallo del tavolo, lo schienale della sedia, il bricco di vetro, il bicchiere di plastica. Descrivi le tue sensazioni termiche. Supponi di versare dell’acqua appena uscita dal frigorifero in una pentola che metti sopra il fuoco. Appena versi l’acqua che sensazione provi? Puoi toccare l’acqua? Appena passa il tempo necessario per mangiarti tre biscottini puoi toccare ancora l’acqua? Appena passa tanto tempo, l’acqua come è diventata? Dentro una stanza ci sono: - un pezzo di ferro, - un maglione di lana, - una cassetta di legno, - un maglietta di cotone, - una bacinella di plastica, - una mattone di marmo. Secondo te ci sono tra questi elementi alcuni che sono più freddi di altri? Quali? Quando la mamma prepara la vasca di acqua per il bagnetto, l’acqua com’è? L’acqua che bolle in pentola? Il gelato? L’acqua della bottiglia posta in frigorifero? Sai spiegare con parole tue, cosa è secondo te la temperatura? (dopo aver posto delle vaschette a varie temperature) Descrivi le sensazioni percepite toccando la vaschetta rossa. Conclusioni: l’acqua contenente la vaschetta rossa è …………………… Descrivi le sensazioni percepite toccando la vaschetta gialla. Conclusioni: l’acqua contenente la vaschetta gialla è …………………… 53 Descrivi le sensazioni percepite toccando la vaschetta verde. Conclusioni: l’acqua contenente la vaschetta verde è …………………… Descrivi le sensazioni percepite toccando la vaschetta blu Conclusioni: l’acqua contenente la vaschetta blu è …………………… Ordina le vaschette dalla più calda alla più fredda: Vaschetta …… Vaschetta …… Vaschetta …… Vaschetta …… Ti è sembrato facile capire la sensazione termica che ti ha dato l’acqua di ogni vaschetta? Confronta le sensazioni che hanno avuto i tuoi compagni. Hanno avuto le stesse sensazioni tue? 54 Secondo te se appena arrivi a casa chiedi alla mamma di metterti dell’acqua in una vaschetta alla stessa temperatura di quella che c’era nella rossa, pensi che la mamma potrà essere precisa? Adesso metti la mano destra nella vaschetta con l’acqua più fredda, e la mano sinistra nella vaschetta con l’acqua più calda e aspetta 5 secondi. Immergi ora tutte e due le mani nella vaschetta con l’acqua a temperatura ambiente. La temperatura dell’acqua ti sembra uguale con entrambe le mani? A cosa pensi se dico la parola “calore” A cosa pensi se dico la parola "temperatura". Cosa hai imparato oggi? 55 56 Situazione N° 2 “UN MODELLO MICROSCOPICO PER LA TEMPERATURA” Obiettivo: comprensione della struttura interna delle sostanze Contesto: aula Modalità di conduzione: presentazione di disegni esplicativi Materiali utilizzati: biglie, cartelloni, filmati. Esiti formativi da raggiungere: Costruire la mappa concettuale di un argomento cogliere relazioni di tipo causa effetto Vocabolario: elettroni, protoni, neutroni, atomi, molecole, energia di legame Attività brainstorming: Porre alcune domande per evidenziare le idee che i bambini hanno sulla materia Per dare una visione più completa sulla temperatura e sul calore è bene spiegare, prima di ogni altra situazione di apprendimento, il concetto che sta alla base delle variazioni di temperatura e di passaggio di calore: la struttura atomica delle sostanze. Essa può essere osservata non ad occhio nudo, ma attraverso il microscopio. 57 Per fare questo si utilizzano dei disegni, delle biglie, e dei filmati che mostrano la struttura interna delle sostanze. Acqua vista al microscopio L'acqua, in particolare, avrebbe tutto un altro aspetto, molto diverso da come la vediamo in modo macroscopico. Se esaminiamo con una lente una goccia d'acqua su un vetrino, vediamo che ha la forma di una mezza sfera. Mentre a livello macroscopico un liquido si espande ad occupare tutta la superficie di un piano, a livello microscopico si presenta come un'enorme bolla. L'acqua è infatti dotata di una notevole forza di coesione che è quella che fa sì che si formi una goccia Le molecole Con un microscopio molto potente si possono vedere le più piccole particella di una sostanza che mantiene invariate tutte le proprietà chimiche della sostanza stessa : la molecola. Schema di una molecola d'acqua H2O 58 La molecola a sua volta è costituita da atomi, che in natura è l’unità strutturale più piccola esistente. Gli atomi sono formati da particelle ancora più piccole: protoni, neutroni disposti nel nucleo e gli elettroni. In realtà un atomo è fatto per lo più di spazi vuoti: per renderci conto intuitivamente delle proporzioni bisogna immaginare che se il nucleo di un atomo fosse come il nostro Sole, le dimensioni dell'atomo intero corrisponderebbero a quelle del nostro sistema solare, con gli elettroni più esterni che si troverebbero in una zona corrispondente all'orbita di Plutone e anche più! Gli atomi si distinguono da altri tipi di atomi per il numero di protoni, che coincide sempre con il numero di elettroni. Esempio dell’atomo di elio protoni neutroni elettroni Tutti gli atomi di elio sono dunque fatti da 2 protoni e 2 neutroni nel nucleo, e due elettroni che orbitano intorno al nucleo. 59 Ora vediamo la composizione dell’acqua. Gli atomi che costituiscono la molecola dell’acqua sono l’idrogeno e l’ossigeno legate in questo modo: Molecola di acqua Tante molecole di acqua sono legate tra di loro da legami elettromagnetici, che potremmo raffigurare così, con una analogia di tipo meccanico: molecola molecola legame Per spezzare questo legame è necessario compiere del lavoro fornendo energia termica. L’energia termica fa muovere le molecole che creano energia di movimento (o cinetica) e che muovendosi dunque fanno riscaldare la sostanza, facendo aumentare così la temperatura. 60 A questo punto posso spiegare ai bambini la struttura interna delle sostanze facendo riferimento alla “ metafora dei bambini”. Carlo e Piero sono due molecole e si tengono stretti stretti, per gioco. Ma essendo stretti stretti non possono muoversi molto, non possono saltare liberamente, correre, muovere le braccia. Poi la mamma dice ai bambini di liberarsi. Per far ciò deve “spendere” dell’energia: Carlo e Piero non vorrebbero farlo: stanno così bene insieme! Adesso Carlo e Piero sono liberi di andare dove vogliono e finalmente possono correre e giocare per tutta la stanza. Ma correndo e giocando si riscaldano e sudano. Allo stesso modo le molecole di acqua sono come tanti bambini minuscoli, più minuscoli di una formica, di un granello di sabbia. Sono così minuscoli che il nostro occhio non può vederle se non con l’aiuto di un microscopio. Questi “bambini”, sono legati tra di loro da legami che si spezzano a causa dell’afflusso di energia termica, che fa muovere gli atomi che si muovono e fanno quindi “riscaldare” la materia. Altro esempio: a questo punto, dopo aver immaginato tanto, possiamo vedere il filmato. Attività: visione del filmato sull’atomo 61 Quaderno di laboratorio “UN MODELLO MICROSCOPICO PER LA TEMPERATURA” Fase della previsione Secondo da cosa è composto un pezzo di plastica? Da cosa è composto un pezzo di ferro? Secondo te esistono pezzetti di plastica così piccoli che non puoi vedere? Qual è l’oggetto di plastica più piccolo che conosci? Qual è l’oggetto di ferro più piccolo che conosci? In un bicchiere di acqua, la parte più piccola contenuta, quanto è grande? Secondo te, la materia come si comporta all’aumentare della temperatura? Si dilata, o si restringe? Fase di controllo Sai dirmi qual è la cosa più piccola di cui sono formate le sostanze? Con i soli nostri occhi possiamo vedere la parte più piccola di cui sono formate le sostanze? Tanti atomi compongono la _ _ _ _ _ _ _ _ . Le molecole sono unite tra di loro da un’ energia di _ _ _ _ _ _ . Se aumento la temperatura di una sostanza, cosa succede al legame che tiene uniti gli atomi? Se gli atomi iniziano a muoversi la temperatura della sostanza aumenta o diminuisce? Fai un disegno dell’atomo. 62 Situazione N° 3 “LA DILATAZIONE TERMICA ” Obiettivo: Contesto:aula laboratorio Modalità di conduzione: cooperative learning, argomentare Materiali utilizzati: anello di Gravesande, bicchieri di vetro, termometro a mercurio Esiti formativi da raggiungere: descrivere la realtà sulla base di modelli spontanei Vocabolario; dilatazione termica Attività: Porre domande per vedere quali sono i modelli spontanei sulla dilatazione dei corpi. 63 Dopo aver appreso quali siano le preconoscenze sulla dilatazione dei corpi; si procede all’esperimento sulla dilatazione termica: anello di Gravesande. Un supporto metallico a forma di J sorregge, tramite un tratto di catena, una sfera piena d'ottone. Allo stante verticale del supporto a J è collegato un anello metallico. Il diametro dell'anello è appena sufficiente per far passare la sfera. Una base lignea o metallica sorregge infine il tutto. Per dimostrare la dilatazione termica cubica della sfera è sufficiente scaldarla fortemente per mezzo di una lampada ad alcol… 64 Dopo circa tre - quattro minuti di trattamento termico, la sfera, ormai rovente, è incapace di passare attraverso l'anello. Non c'è trucco né inganno: la sfera si è semplicemente dilatata a tal punto che il suo diametro è maggiore di quello dell'anello. Lasciandola incastrata nell'anello per un po', il raffreddamento operato dall'aria farà sì che ad un certo punto la sfera sia in grado di passare nuovamente attraverso l'anello. Immagini tratte dal sito: www.liceofoscarini.it/fisica94/index.html Così come la pallina di ottone, tutti i corpi subiscono una variazione di volume se subiscono una variazione di temperatura. Ad esempio due bicchieri di vetro si possono incastrare li metto l’uno dentro l’altro e su quello superiore introduco dell’acqua a temperatura molto elevata. Dopo gli esperimenti è importante far riferimento alla situazione di apprendimento precedente e alla struttura molecolare delle sostanze che variando causa la variazione di volume. 65 Quaderno di laboratorio “LA DILATAZIONE TERMICA” Fase di previsione Perché secondo te il mercurio che si trova dentro un termometro aumenta se hai la febbre? Quando riscaldo un pezzo una pallina di ferro, secondo te la grandezza rimane sempre la stessa? Quando aumenta la temperatura di una sostanza il legame che tiene unite gli atomi cosa fa? Dopo che i legami si spezzano gli atomi sono più liberi di muoversi? Se tu sei legato molto stretto a un tuo compagno, riesci a ballare muovendoti tanto? Se balli, occupi poco spazio o tanto spazio? Gli atomi muovendosi tanto, occupano poco spazio o tanto spazio? Dopo aver riflettuto riesci a rispondere se la pallina di ferro aumenta il suo volume se aumento la sua temperatura? Fase di controllo Cosa è successo alla pallina dopo che è stata riscaldata? Perché la pallina non è passata attraverso l’anello, appena l’abbiamo riscaldata? Dopo che abbiamo riscaldato la pallina, abbiamo aspettato un po’ e la pallina è passata attraverso l’anello? Perché? Se dovessi disegnare la disposizione degli atomi mentre la pallina è stata riscaldata con un accendino, li disegneresti vicini o lontani?Disegna 66 67 Situazione n° 4 “COME SI COSTRUISCE UN TERMOMETRO” Obiettivo: costruzione di un termometro, rilevazione della temperatura, unità di misura della temperatura: il grado Celsius . Contesto: laboratorio Modalità di conduzione: cooperative learning, argomentare. Materiali utilizzati. termoscopio, ghiaccio tritato, acqua che bolle. Esiti formativi da raggiungere: confrontare proprietà di oggetti; ordinare proprietà di oggetti; utilizzare unità di misure appropriate; usare strumenti adeguati alle misure da effettuare; organizzare dati sotto forma di tabelle; rappresentare una situazione tramite disegni descrivere la realtà sulla base di modelli spontanei; Vocabolario: grado Celsius o centigrado, mercurio. Per misurare la temperatura di qualcosa dobbiamo utilizzare uno strumento che tutti conoscete bene, ed è lo stesso, che si usa per misurare la nostra temperatura quando abbiamo la febbre: il termometro Attività di brainstorming: i bambini indicano tutti i termometri che conoscono. Da parete, per “misurare la febbre”… 68 Il termometro La temperatura di un oggetto o di un ambiente si misura con il termometro Esso è uno strumento tarato L’unità di misura è il grado Celsius. Basa il suo funzionamento su di una sostanza molto sensibile alle variazioni di temperatura in quanto subisce delle sensibili variazioni di volume al variare della temperatura. Quando è posto a contatto con un oggetto o un ambiente di temperatura diversa dalla sua, esso assorbe calore o cede calore fino a portarsi alla stessa temperatura dell’ambiente i dell’oggetto. Il calore assorbito o ceduto provoca la variazione della proprietà fisica della sostanza contenuta nel termometro e , di conseguenza, l’indice della scala indica il valore della temperatura raggiunto. La sostanza che per motivi di praticità si costruisce per costruire il più diffuso tipo di termometro è il mercurio. Esso è un metallo che di solito si trova allo stato liquido e che rimane tale in una grande varietà di situazioni climatiche presenti sul nostro pianeta. Con i bambini costruiamo un termometro. Si pone del mercurio in un termoscopio, costituito da un capillare e un bulbo. capillare termoscopio bulbo Dobbiamo poi procedere alla taratura del termoscopio perché esso diventi un vero e proprio termometro, nonché un misuratore della temperatura. 69 MATERIALI OCCORRENTI: ¬ asta di supporto e morsetti ¬ nastro adesivo colorato ¬ fornello ¬ ghiaccio ¬ matraccio dotato di tappo con foro per il termometro ¬ termoscopio ¬ asta millimetrata matraccio Matraccio con ghiaccio fondente Matraccio con acqua che bolle FASE OPERATIVA: - Monta il dispositivo di supporto per il termoscopio, fissando questo ultimo con una guarnizione di protezione. - Prepara la miscela di ghiaccio e acqua, mescolando con cura e aspettando alcuni minuti, affinché il ghiaccio e il liquido raggiungano l’equilibrio termico. Immergi il bulbo del termoscopio nella miscela e attendi alcuni minuti, sino a quando il livello del mercurio, che intanto sarà sceso non si stabilizza. 70 - Estrai il termoscopio e segna il livello relativo al primo punto con una striscia di nastro adesivo, scrivendoci sopra 0°C. dopodichè rimettilo nel matraccio. - Accendi il fornello sotto il contenitore e aspetta che tutto il ghiaccio si sia sciolto e che, alla fine, l’acqua cominci la fase di ebollizione. Bisogna sistemare il bulbo appena sopra la superficie dell’acqua bollente. - Dopo aver aspettato un paio di minuti, quando il livello del mercurio si è stabilizzato, marcalo con il nastro adesivo, indicando il valore di 100°C. - Spento il fornello e tolto il termoscopio dall’acqua, misurare la distanza tra i due segni con l’asta millimetrata. Il termometro è fatto! Attività Per imparare a utilizzare il termometro, rileviamo le temperature di varie vaschette. Disegna le fasi principali per realizzare la taratura del termometro 71 Attività Rileva in questa tabella le temperature dell’acqua contenuta nelle varie vaschette . Vaschetta Temperatura N° 1 N° 2 N° 3 N° 4 N° 5 N° 6 Attività ordina le vaschette sulle quali hai rilevato la temperatura, dalla temperatura più fredda a quella più calda. Definizione: La temperatura è una grandezza che si misura mediante il termometro e che serve a valutare lo stato termico di un corpo. 72 Quaderno di laboratorio IL TERMOMETRO Fase di previsione Con cosa misuri la temperatura del tuo corpo quando hai la febbre? Hai mai visto altri termometri? Quali? Sai spiegare come è fatto un termometro? Conosci la sostanza che c’è all’interno del termometro con il quale la mamma misura la tua temperatura quando hai la febbre? Perché quando hai la febbre, la sostanza che c’è dentro il termometro si allunga? Se pensi alla dilatazione termica riesci a darti una spiegazione? Fase di controllo Spiega come si costruisce un termometro Quali sono le situazioni di riferimento per costruire un termometro? Disegna il termometro costruito in laboratorio. Insieme ai tuoi compagni rilevate le temperature dell’acqua nelle vaschette e segnale nella tabella. Vaschetta Temperatura Rossa Gialla Verde Blu Arancio Rosa Ordina le vaschette da quella con acqua a temperatura più fredda a quella con acqua a temperatura più calda. Dopo quanto hai imparato sul termometro, secondo te è più corretto rilevare le temperatura con un termometro, o si è più precisi se utilizzo le manine? 73 Situazione N° 5 “L’EQUILIBRIO TERMICO” Obiettivo: acquisizione del concetto di equilibrio termico Contesto: laboratorio Modalità di conduzione: brainstorming, attività svolte singolarmente, cooperative learning, sperimentazione di laboratorio, utilizzo di disegni esplicativi del punto di vista microscopico Materiali utilizzati: acqua, termometro a mercurio, Esiti formativi da raggiungere: organizzare dati sotto forma di tabelle; organizzare dati sotto forma di grafici; cogliere relazioni di tipo causa effetto; argomentare le proprie idee in un contesto di pari; osservare fenomeni e riprodurli tramite semplici esperimenti; descrivere la realtà sulla base di modelli spontanei; realizzare lavori di gruppo; Vocabolario: equilibrio termico, calore Se avviciniamo due corpi di temperatura differente, il corpo più freddo si riscalderà e quello più caldo si raffredderà, fino a quando non avranno raggiunto la stessa temperatura, cioè l’equilibrio termico. Equilibrio termico. Definizione Due corpi si dicono in equilibrio termico quando si trovano nello stesso stato termico, cioè quando hanno la stessa temperatura. Infatti se mettiamo dell’acqua bollente a temperatura ambiente, essa presto tenderà a cedere calore e assumere la stessa temperatura dell’ambiente circostante. Adesso si mostra ai bambini una rappresentazione grafica sull’equilibrio termico 74 Prima fase: i due corpi sono distanti A B Temperatura maggiore Temperatura minore Seconda fase: i due corpi sono messi a stretto contatto. A si raffredda e B si riscalda. C’è un passaggio di calore tra i due corpi Praticamente l’oggetto A ha ceduto calore all’oggetto B. c’è stato dunque un passaggio di energia termica. L’oggetto B ha assorbito calore e la sua temperatura è aumentata. Terza fase: i due corpi hanno raggiunto l’equilibrio termico A B 75 Per questo l’acqua non continua raffreddarsi, perché si trova in equilibrio termico con l’ambiente. Sperimentazione. prendiamo dei cubetti di ghiaccio e immergiamoli in dell’acqua tiepida . Cosa succede secondo voi? Attività I bambini argomentano le loro ipotesi. L’acqua più calda cede calore al ghiaccio. Mentre il ghiaccio si scioglie perchè si riscalda, l’acqua si raffredda per via del calore ceduto. Un esempio pratico: quando stringo le manine fredde del compagno per riscaldarle con le mie, cosa succede? Le manine del compagno si riscaldano ma le mie un po’ si raffreddano. NOTE: per ogni attività ricordare far riferimento al concetto di equilibrio termico. 76 Quaderno di laboratorio L’EQUILIBRIO TERMICO. Fase di previsione Perché quando la mamma ci prepara il tè caldo dopo un po’ si raffredda ? Si raffredda prima in estate quando fuori c’è caldo, o in inverno, quando fuori fa molto freddo? Se mescolo in una ciotola grande un piatto di pastina bollente con un piatto di pastina fredda che la mamma ha cucinato a pranzo, cosa succede? La pastina bollente rimane bollente? La pastina fredda rimane fredda? Sai spiegare come pensi che sarà la pastina nella ciotola? Se mescolo invece due piatti di pastina bollente alla stessa temperatura, come sarà la pastina nella ciotola? Se mescolo due piatti di pastina fredda, come sarà la pastina nella ciotola? Se prendiamo dei cubetti di ghiaccio e immergiamoli in dell’acqua a temperatura ambiente, cosa succede secondo voi? Fase di controllo Due corpi si dicono in equilibrio termico quando hanno la stessa _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _. Se si mettono a contatto due corpi che si trovano in stati termici diversi, la loro temperatura cambia sino a quando non si raggiunge l’_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . 77 Situazione N°6 “IL CALORE” Obiettivo: differenza tra temperatura e calore Contesto: aula, laboratorio Modalita’ di conduzione: brainstorming. Materiali utilizzati: cartelloni, materiali poveri. Esiti formativi da raggiungere: cogliere relazioni di tipo causa effetto; confrontare proprietà di oggetti; descrivere la realtà sulla base di modelli spontanei; Vocabolario: calore, vibrazione molecole, energia di movimento Parliamo di calore dopo aver capito come i corpi a livello microscopico aumentano la loro temperatura. Da quanto già appreso possiamo capire come avviene il passaggio di calore da un corpo ad un altro. Il concetto di calore è stato introdotto parlando di equilibrio termico. Riprendendo gli esperimenti facciamo delle constatazioni: - - un oggetto a temperatura più alta messo a contatto con un oggetto a temperatura meno alta, cosa fa? Diminuisce la sua temperatura e l’oggetto meno caldo? Aumenta la sua temperatura Quindi possiamo dire che l’oggetto caldo trasferisce calore agli oggetti più freddi con cui viene in contatto. Ricorda: il calore è sempre trasferito dagli oggetti a temperatura più alta a quelli a temperatura più bassa. 78 A livello microscopico cosa succede? Gli oggetti per il fatto di essere più o meno caldi, possiedono più o meno energia interna, detta energia termica. Il calore è energia termica sta passando da un oggetto all’altro per effetto della differenza di temperatura (cioè della differenza di livello di energia termica tra i due oggetti). Ma l’energia termica è dovuta all’energia cinetica interna delle molecole, che noi abbiamo chiamato energia di movimento. Quindi prediamo in considerazione questo corpo: esso è molto caldo ed al suo interno ha quindi le molecole che si muovono dentro il corpo molto velocemente, in media. Potremmo immaginare le molecole come se fossero delle palline minuscole. A Questo corpo invece è più freddo le sue molecole sono molto più stabili e ordinate (ma non sono del tutto immobili). B 79 Le molecole del corpo A sono dotate di un piccolo ma sensibile moto di vibrazione. Le molecole del corpo B molto meno. A B Ma se metto a stretto contatto i due corpi, parte dell’energia di A passa in B B A … a questo punto tutte le molecole si muovono allo stesso modo. E anche B sarà caldo quanto A. Ecco come è avvenuto il passaggio di calore. Riepilogando Ciò che si propaga dal corpo A al corpo B non sono le molecole, bensì il movimento di vibrazione. Ciò permette di trasmettere energia di tipo cinetico. Il calore è una forma di energia in transito che si trasmette da un corpo a temperatura maggiore a uno a temperatura minore. Il calore entra in azione soltanto in presenza di uno sbalzo termico, vale a dire di una differenza di temperatura (salvo che nei passaggi di stato). Quando i due corpi, dopo un certo tempo, raggiungono l’equilibrio termico, e quindi la stessa temperatura, non si ha più passaggio di energia e non ha più quindi nessun senso parlare di calore. 80 Il calore si riferisce esclusivamente all’energia che si trasferisce da un corpo caldo a uno meno caldo. Temperatura e calore non sono la stessa cosa: il calore è semmai la causa delle variazioni di temperatura, che costituiscono un effetto conseguente alla trasmissione del calore. 81 Quaderno di laboratorio IL CALORE Fase di previsione Un oggetto a temperatura più alta messo a contatto con un oggetto a temperatura meno alta, cosa fa? E l’oggetto meno caldo? Sai spiegare con parole tue cosa è secondo te il calore? Secondo te si sviluppa calore tra un cubetto di ghiaccio e un bicchiere di acqua uscita dal frigorifero? Fase di controllo Si ha passaggio di calore tra due corpi se i corpi hanno la stessa temperatura? Tra un corpo con temperatura di 10°C e un corpo con temperatura di 2°C, si ha passaggio di calore? Si sviluppa calore tra un cubetto di ghiaccio e un bicchiere di acqua uscita dal frigorifero? Cosa è secondo te il calore? 82 Situazione N°7 “LE DIVERSE FORME DELL’ACQUA” Obiettivo: distinzione e riconoscimento delle caratteristiche degli stati della materia Contesto: laboratorio Modalita’ di conduzione: brainstorming, cooperative learning Materiali utilizzati: acqua Esiti formativi da raggiungere: rappresentare una situazione tramite disegni o altri strumenti descrivere la realtà sulla base di modelli spontanei. Vocabolario: le forme della materia: solido liquido aeriforme, passaggio di stato Riscaldiamo dell’acqua, e faccio notare ai bambini cosa succede alla temperatura che faccio misurare a intervalli di tempo regolari. Attività di gruppo: rileva ogni 5 minuti la temperatura dell’acqua riscaldata per 60 minuti. Riporta i dati in tabella. 83 Tempo(minuti) temperatura 0’ 5’ 10’ 15’ 20’ 25’ 30’ 35’ 40’ 45’ 50’ 55’ 60’ Attività individuale: Adesso rappresenta in un grafico di assi cartesiani i dati che hai raccolto in tabella 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0' 5' 10' 15' 20' 25' Attività: Rispondi a queste domande. La temperatura dell’acqua è aumentata o è diminuita con il passare del tempo? La temperatura ha continuato a diminuire o si è stabilizzata? 84 Attività: far argomentare ai bambini il perché la temperatura dell’acqua ad un certo punto si è fermata ad una certa temperatura. Ora vediamo cosa succede all’acqua quando noi forniamo o togliamo energia termica. Non solo aumenta la temperatura dell’acqua o diminuisce, ma l’acqua si trasforma. Come? Prendiamo un contenitore con acqua congelata. Una brocca con dell’acqua a temperatura ambiente E una pentola con dell’acqua che bolle Domande: I fase: Cosa c’è nel primo contenitore? Ghiaccio Che forma ha? Di cubetti Potremmo misurare il volume? Sì II fase: Cosa c’è nel secondo contenitore? Acqua È solido? No liquido Possiamo misurare il volume? Sì Possiamo dire che forma ha? Della brocca E se la metto in una bottiglia? Assume la forma della bottiglia Quindi ha una forma propria? No III fase: Ora facciamo bollire l’acqua Cosa è questo fumo? L’acqua che diventa vapore Definizione Questi che abbiamo appena osservato sono i tre stati della materia : Solido liquido aeriforme 1) lo stato solido ha una forma e un volume propri. I legami sono molto forti e ci vuole molta energia termica per spezzare questi legami 2) lo stato liquido ha volume propri ma non forma propri ma del recipiente che lo contiene. I legami sono deboli e le molecole riescono a scivolare l’una con l’altre 3) lo stato aeriforme non ha né forma né volume proprio. Non ci sono più legami e le molecole si muovono liberamente 85 Domande: Posso trasformare un cubetto di ghiaccio in acqua? Sì Come? Fornendo calore E posso poi farlo evaporare? Sì Come? Continuando a fornire calore Il passaggio da uno stato all’altro prende il nome di cambiamento di stato. Le due masse per passare dallo stato iniziale allo stato finale si sono trasferite "qualcosa": il calore Provoca i passaggi di stato C A L O R E Quaderno di laboratorio. 86 Fa variare la temperatura dei corpi “LE DIVERSE FORME DELL’ACQUA” Fase di previsione. Riscaldiamo dell’acqua fino all’ebollizione. Rileviamo la temperatura ogni 5 minuti. Procediamo a rilevare la temperatura fino a 20 minuti dopo l’ebollizione. TEMPO TEMPERATURA 0’ 5 10 15 20 25 30 35 40 Cosa è successo alla temperatura?è aumentata o è diminuita con il passare del tempo? La temperatura ha continuato ad aumentare o si è stabilizzata? Secondo te perché c’è stata questa variazione di temperatura? Come posso trasformare un cubetto di ghiaccio in acqua? Come posso trasformare l’acqua in vapore? Fase di controllo Quali sono i tre stati dell’acqua? Come si presenta il ghiaccio? Come si presenta l’acqua? Come si presenta il vapore? Che temperatura hanno il ghiaccio e il vapore? Situazione n°8 “CALORE SPECIFICO” 87 Obiettivo: aumento della temperatura di una sostanza dipende dal tipo di sostanza , e dalla temperatura iniziale, dalla sua massa e dal tempo. Contesto: aula Modalità di conduzione: brainstorming, esperimenti di laboratorio Materiali utilizzati: acqua, olio. Esiti formativi da raggiungere: descrivere verbalmente un fenomeno osservato o un esperimento riprodotto; descrivere la realtà sulla base di modelli spontanei; usare strumenti adeguati alle misure da effettuare; raccogliere dati sperimentali; organizzare dati sotto forma di tabelle; organizzare dati sotto forma di grafici; realizzare lavori di gruppo. Vocabolario: massa, caratteristiche delle sostanza. Domande: si riscalda più velocemente un litro di acqua o una vasca di acqua? Si riscaldano più velocemente 100 gr di olio, o 100 gr di acqua? Un litro di acqua calda del rubinetto, arriva all’ebollizione prima o dopo un litro di acqua presa dal frigorifero? Dopo aver fatte diverse domande sulle pre-conoscenze dei bambini, l’insegnante potrebbe riscontrare qualche dubbio sulle risposte alla seconda domanda, ma tutto comunque verrà sperimentato con semplicissime attività di laboratorio. Le esperienze di laboratorio consta di tre fasi. I fase Mettiamo su due fornelli elettrici identici, e regolati in modo che eroghino la stessa quantità di calore nel tempo, due contenitori in cui abbiamo versato rispettivamente 1 Kg di acqua e 4 Kg di acqua, che inizialmente si trovino alla stessa temperatura. Con delle aste di supporto con morsetti colloca due termometri nei due recipienti Attività di gruppo. I bambini in gruppi da 5 rilevano in tabella ogni minuto la temperatura dei due contenitori fino all’ebollizione di entrambi. minuti temperatura temperatura 1 Kg 4 Kg 1’ 88 2’ 3’ 4’ 5’ 6’ 7’ 8’ 9’ 10’ 11’ 12’ 13’ 14’ 15’ Attività. Ognuno realizza un grafico cartesiano nel quale vengono rappresentate le temperature dei due contenitori Conclusioni: il calore necessario per provocare un prefissato aumento della temperatura dipende dalla quantità di sostanza da riscaldare. Il calore e la temperatura sono effettivamente entità diverse II fase Mettiamo su due fornelli elettrici identici, e regolati in modo che eroghino la stessa quantità di calore nel tempo, due contenitori in cui abbiamo versato rispettivamente 1 Kg di acqua e 1 Kg di olio, che inizialmente si trovino alla stessa temperatura. Con delle aste di supporto con morsetti colloca due termometri nei due recipienti. Attività di gruppo. I bambini in gruppi da 5 rilevano in tabella ogni minuto la temperatura dei due contenitori per 10 minuti minuti acqua Olio 1’ 2’ 89 3’ 4’ 5’ 6’ 7’ 8’ 9’ 10’ Attività. Ognuno realizza un grafico cartesiano nel quale vengono rappresentate le temperature dell’acqua e dell’olio Conclusioni: a parità di quantità di energia fornita, quindi con la stessa medesima quantità di calore trasmessa, l’aumento della temperatura non procede nello stesso modo, ma dipende dal tipo di sostanza. C’è, quindi, una proprietà distintiva delle sostanze (il calore specifico) che tiene conto di tale differenza III fase Mettiamo su due fornelli elettrici identici, e regolati in modo che eroghino la stessa quantità di calore nel tempo, due contenitori in cui abbiamo versato rispettivamente 1 litro di acqua presa dal frigorifero e 1 litro di acqua calda del rubinetto. Con delle aste di supporto con morsetti colloca due termometri nei due recipienti. Attività di gruppo. I bambini osservano i due recipienti e rilevano quale per primo arriva all’ebollizione Minuti all’ebollizione 1’ Acqua frigorifero 2’ Acqua calda rubinetto 90 Conclusioni: a parità di quantità di energia fornita, quindi con la stessa medesima quantità di calore trasmessa, l’aumento della temperatura non procede nello stesso modo, ma dipende dalla temperatura iniziale della sostanza. E ancora… Una sostanza per raggiungere 50°C impiega meno tempo per raggiungere 100°C. … scopriranno più in là di conoscere l’equazione fondamentale della calorimetria. Q= c · m · ∆ t Dove Q è la quantità di calore trasmessa al corpo, m la sua massa, delta t la variazione della temperatura (t finale – t iniziale) e la grandezza c, detta calore specifico, tiene conto del tipo di sostanza. Da qui si estrarrà il concetto di calore specifico e capacità termica. 91 Quaderno di laboratorio “CALORE SPECIFICO” Si riscalda più velocemente un litro di acqua o una vasca di acqua? Si riscaldano più velocemente 100 gr di olio, o 100 gr di acqua? Un litro di acqua calda del rubinetto, arriva all’ebollizione prima o dopo un litro di acqua presa dal frigorifero? ESPERIMENTI Mettiamo su due fornelli elettrici identici, e regolati in modo che eroghino la stessa quantità di calore nel tempo, due contenitori in cui abbiamo versato rispettivamente 1 Kg di acqua e 4 Kg di acqua, che inizialmente si trovino alla stessa temperatura. Con delle aste di supporto con morsetti colloca due termometri nei due recipienti minuti temperatura temperatura 1 Kg acqua 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 6’ 7’ 8’ 9’ 10’ 11’ 12’ 13’ 14’ 15’ Conclusioni: Traiamo le conclusioni 92 4 Kg acqua Mettiamo su due fornelli elettrici identici, e regolati in modo che eroghino la stessa quantità di calore nel tempo, due contenitori in cui abbiamo versato rispettivamente 1 Kg di acqua e 1 Kg di olio, che inizialmente si trovino alla stessa temperatura. Con delle aste di supporto con morsetti colloca due termometri nei due recipienti. I bambini in gruppi da 5 rilevano in tabella ogni minuto la temperatura dei due contenitori per 10 minuti minuti acqua Olio 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 6’ 7’ 8’ 9’ 10’ Traiamo le conclusioni Mettiamo su due fornelli elettrici identici, e regolati in modo che eroghino la stessa quantità di calore nel tempo, due contenitori in cui abbiamo versato rispettivamente 1 Kg di acqua presa dal frigorifero e 1 Kg di acqua calda del rubinetto. Con delle aste di supporto con morsetti colloca due termometri nei due recipienti. I bambini osservano i due recipienti e rilevano quale per primo arriva all’ebollizione Minuti all’ebollizione Acqua frigorifero 93 Acqua calda rubinetto 94 Quaderno di laboratorio IL CALORE SPECIFICO Fase della previsione Posti su di un fornello, cosa arriva prima alla temperatura di 100°C: Un bicchiere di acqua o un bicchiere di olio? Un bicchiere di acqua uscita dal frigorifero, o un bicchiere di acqua a temperatura ambiente? Un bicchiere di acqua o una bottiglia di acqua? Fase di controllo: Posti su di un fornello, cosa arriva prima alla temperatura di 100°C: Un bicchiere di acqua o un bicchiere di olio? Un bicchiere di acqua uscita dal frigorifero, o un bicchiere di acqua a temperatura ambiente? Un bicchiere di acqua o una bottiglia di acqua? 95 ESITI FORMATIVI A ……Cogliere relazioni di tipo causa-effetto B …….Confrontare proprietà di oggetti C ……Ordinare proprietà di oggetti D ……Utilizzare unità di misura appropriate E ……Osservare fenomeni e riprodurli tramite semplici esperimenti F …….Rappresentare una situazione tramite disegni o altri strumenti G ……Comunicare le proprie idee in un contesto di pari H ……Descrivere verbalmente un fenomeno osservato o un esperimento riprodotto I …….Descrivere la realtà sulla base di modelli spontanei L ……Usare strumenti adeguati alle misure da effettuare M …...Raccogliere dati sperimentali N ……Organizzare dati sotto forma di tabelle O ……Organizzare dati sotto forma di grafici P ……Argomentare le proprie idee in un contesto di pari Q ……Realizzare lavori di gruppo R ……Costruire la mappa concettuale di un argomento ESITI A B C X X D E F G H I L M N O P Q R Situazioni N°1 N°2 X N°3 X N°4 X N°5 X N°6 X X N°7 X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X N°8 96 X X X X X X 97 Sperimentazione IIC 4.1 Introduzione La prima parte della sperimentazione è stata svolta nella seconda classe, ho deciso di iniziare dal loro, in quanto con loro ho passato tutto quest’anno le mie opre di tirocinio. Iniziare gestendo una classe con bambini che conoscevo, è stato un punto a mio favore per intraprendere un percorso che non sembrava semplicissimo. 4.2 DIARIO DI BORDO 4.2.1 21 MARZO 2006 La somministrazione del pre-test Prima di iniziare il mio lavoro di sperimentazione, oggi ho riunito i bambini intorno a un grande tavolo per far loro delle domande in modo che potessi capire quali fossero le loro conoscenze riguardo l’acqua, la temperatura, il calore. Prima di iniziare con le domande ho cercato di coinvolgerli rendendoli partecipi di quello che avevo in mente di fare con loro. Ho cercato anche di creare delle aspettative e di stimolare il loro interesse riguardo a quello che faremo la prossima volta, che sarà il momento della sperimentazione. Ho potuto costatare che molte cose le conoscono e soprattutto le intuiscono, specialmente riguardo alla capacità termica, benché siano solo bambini di seconda classe. Mi hanno prontamente risposto quando ho chiesto loro di dirmi cosa si riscaldasse più velocemente tra un bicchiere di acqua e una bottiglia di acqua, tra un bicchiere di olio e un bicchiere di acqua, tra una bicchiere di acqua calda e un bicchiere di acqua fredda. Hanno avuto confusione nel momento in cui ho chiesto se si riscaldasse prima un bicchiere con del ghiaccio o un bicchiere con dell’acqua. Ho capito pure da cosa sono stati tratti in inganno, hanno pensato al ghiaccio che si scioglie e hanno associato questo evento alla velocità di riscaldamento. Le difficoltà che hanno trovato, come prevedevano, riguardano la definizione di temperatura e calore. Alcune risposte sono state anche divertenti e originali, come quelle di un bambino che mi ha detto che la temperatura serve per temperare, poi hanno associato il calore al caldo e hanno confuso il calore con la temperatura, ma questo l’avevo previsto, dato che nella conoscenza comune è ricorrente confondere le due cose. Oggi mi sono fatta un’idea della situazione. Mi sono messa d’accordo con la maestra Celeste per la sperimentazione della prossima volta, la quale mi ha dato piena disposizione della classe. 98 4.2.2 Trascrizione della registrazione del pre- test effettuato in IIC (i dialoghi sono in corsivo, quelle in neretto sono le risposte dei bambini, tra parentesi vi sono le mie osservazioni) Allora bambini , questa settimana, ho chiesto alla maestra se potevo parlarvi di acqua e temperatura. Però prima devo sapere da voi alcune cose. Devo sapere quello che conoscete voi sull’acqua, quindi adesso vi faccio delle domande, e chi vuole mi può rispondere. Se sapete qualcosa non importa, non vi preoccupate. Appena vi faccio le domande, però, riflettete e dopo aver pensato bene rispondete quello che credete meglio. (Ho iniziato con il presentare l’attività che avremmo fatto insieme, li ho resi partecipi creando in loro delle aspettative, ho spiegato loro che non avrei misurato in alcun modo la loro bravura nel dare le risposte e che invece mi sarebbe piaciuto scoprire con loro alcune cose e abbiamo iniziato una tranquilla chiacchierata. Le prime domande poste mi sono servite per capire quali fossero le loro conoscenze riguardo alle sensazioni termiche.) Se noi entriamo in questa stanza e vi dico di toccare il maglione di lana, o la lavagna o il gessetto, tra questi tre oggetti secondo voi c’è un oggetto che è più freddo di un altro? Sì Quale? la lavagna la lana è calda come sono le gambe del tavolo? Fredde e il maglione? caldo E il piano del tavolo? freddo 99 (Le loro risposte dimostrano come, secondo la conoscenza comune, considerino oggetti diversi, posti nello stesso ambiente, come se fossero a temperature diverse.) Quando la mamma vi prepara il bagnetto l’acqua come è? calda Quando prepara la pasta l’acqua in pentola come è? calda L’acqua calda della pentola è calda allo stesso modo del bagnetto? no Com’è il gelato invece? freddo E l’acqua che prendiamo dal frigorifero che beviamo ? Fredda E cosa è più freddo, il gelato o l’acqua? il gelato Tutte queste paroline che abbiamo detto: freddo caldo sono delle sensazioni termiche, e sono le sensazioni che abbiamo quando tocchiamo gli oggetti. (Ho costatato che distinguono abbastanza bene le sensazioni termiche.) E se vi dico la parola temperatura? Cosa è secondo voi la temperatura? il tempo per temperare i colori l’aria che riscalda o che raffredda l’ambiente la temperatura è tipo quando hai la febbre 100 (Qualcuno dà delle risposte alquanto strane sulla temperatura, qualcun altro risponde avvicinandosi alla conoscenza comune, altri non sanno proprio come rispondere. Considerano la temperatura come qualcosa legata all’ambiente o alla febbre, quindi legano il concetto di temperatura a quello della sensazione del caldo. Uno di loro associa la temperatura sia al caldo che al freddo, intuitivamente sono vicini al concetto di temperatura, colgono le giuste relazioni). E come si misura la temperatura? con il termometro Sapete come è fatto il termometro? di vetro di dentro c’è una carta dove ci sono scritti i numeri E quando abbiamo la febbre? Che succede al termometro? Cosa c’è dentro il termometro? un liquido che sale quando abbiamo la febbre alta. (Hanno colto il fenomeno della dilatazione termica, partendo da questo mi sarà più facile spiegare loro cosa avviene effettivamente quando il mercurio si dilata). Voi avete visto un bicchiere di acqua, secondo voi cosa c’è dentro una gocciolina piccola di acqua? Secondo voi questa gocciolina di acqua da cosa è composta? da Sali minerali Se prendo un pezzo di ferro secondo voi da cosa è fatto? di metallo di legno Avete mai sentito parlare di atomi? no Se prendo una pallina di ferro e la riscaldo con un accendino, secondo voi la pallina di ferro diventa più grande? si 101 no (mi rendo conto che rispondono a caso. Oltre all’esperienza del mercurio, non hanno mai fatto esperienza di altre situazioni in cui è avvenuta la dilatazione termica. Sarà compito mio la prossima volta far vedere loro quali altre sostanze si dilatano per la variazione di temperatura). La sostanza dentro al termometro cosa fa quando abbiamo la febbre? Sale Perché? Perché quando abbiamo la febbre alta sale E per quale motivo lo sapete? Per dirci quanto abbiamo la febbre E perchè sale? Perché abbiamo la febbre (Cerco di farmi spiegare il fenomeno della dilatazione termica, ma non riescono a immaginare il perché il mercurio si dilati. Nelle risposte mi dicono effettivamente cosa succede al mercurio, ma non il perché). Quando la mamma prepara il tè caldo lo possiamo bere subito? No Dobbiamo aspettare che si raffreddi E secondo voi si raffredda prima in inverno che c’è freddo o in estate che c’è caldo? In inverno E perché? Perché in inverno c’è più freddo Se metto insieme due piatti di pastina fredda, come sarà la pasta? Fredda Se metto insieme due piatti di pastina bollente, come sarà la pastina? 102 Calda E se metto insieme un piatto di pasta fredda e uno di pasta bollente, come sarà la pasta? Tiepida Se prendo un cubetto di ghiaccio e lo metto nell’acqua bollente, che succede? Si scioglie (Colgono gli effetti di sostanze che si toccano avendo temperature differenti). Secondo voi cosa è il calore? Caldo Quando sudi Il calore è quando ci metti una cosa e si scioglie Il calore è quando una sostanza calda e metti un’altra sostanza si riscalda Il calore quando ci metti un pezzo di carta si brucia Quando ci riscaldiamo Quando il calore ci viene in faccia dici <che caldo> (Considerano il calore solo come una fonte di energia termica. Non tengono assolutamente in considerazione che anche una data quantità di acqua a temperatura ambiente può rappresentare una fonte di calore per un cubetto di ghiaccio. Non considerano il calore come passaggio di energia termica). Ora un bambino ha in mano una bottiglietta di acqua… Abbiamo parlata di acqua, com’è l’acqua che ha Giuseppe? Solida o liquida? Solida Liquida Sapete che significa solida? Non rispondono Significa che è dura. Quindi com’ è l’acqua nella bottiglia? Liquida E se la voglio fare diventare solida? 103 Ci metto il ghiaccio E se ghiaccio non ne ho? La metto nel freezer E sapete che l’acqua può diventare anche un gas. Quando? L’avete vista mai l’acqua che bolle? Cosa fa? le bollicine E cosa si vede? Il fumo Ma sapete come si chiama quello che chiamate fumo? No Si chiama vapore e ve lo farò vedere appena facciamo gli esperimenti L’acqua secondo voi ha una forma propria? Se metto l’acqua in una bottiglia che forma ha ? di bottiglia E se la metto nel bicchiere rimane con la forma della bottiglia? no Il ghiaccio ha una sua forma?cioè se metto un cubetto di ghiaccio in un bicchiere, prende la forma del bicchiere? no rimane a forma di rettangolo. (Conoscono gli stati dell’acqua e le principali caratteristiche degli stati dell’acqua. Hanno maggior difficoltà a considerare il vapore come uno degli stati dell’acqua. Usano un termine non appropriato per definire il vapore). Se prendo due fornelli elettrici e se metto due pentolini con poca acqua e nell’altro fornello tanta acqua, cosa si riscalda prima? quella piccola Se prendo due bicchieri di acqua uguale? 104 si riscaldano insieme se un fornello è più potente, si riscalda prima il fornello più potente Secondo voi si riscalda prima l’olio o l’acqua? l’olio Se prendo un bicchiere di acqua dal ghiaccio e un bicchiere di acqua dal frigorifero cosa si riscalda prima? Il ghiaccio (Hanno spesso fatto esperienza sulla capacità termica, corrispondono correttamente quasi a tutto, tranne su cosa si riscaldi prima tra ghiaccio ed acqua. D’istinto rispondono il ghiaccio, in quanto è il primo ad avere una risposta ben visibile al contatto con una fonte di calore, si scioglie). Se prendo un bicchiere di acqua calda e uno freddo, cosa si riscalda prima? Quella calda Perché? Perché è già bollente no, è tiepida, quindi si riscalda subito. (Considerano correttamente il fatto che l’acqua temperatura più elevata di un’altra, raggiunge prima lo stato di ebollizione. Questo pre test, mi è servito per pianificare il lavoro di sperimentazione, ho capito da cosa partire, ho visto quali sono i pre concetti che i bambini hanno sulla temperatura e il calore). 4.2.3 29 MARZO 2006 La sperimentazione Oggi ho iniziato la sperimentazione, sono arrivata in classe con una grande valigia rossa e i bambini hanno mostrato subito interesse e curiosità, non hanno visto l’ora di iniziare per fare gli esperimenti… ho detto loro che avrebbero fatto gli scienziati, sono stati contenti anche senza sapere effettivamente quello che significava la parola scienziato. 105 Con grande piacere ho visto l’interesse mostrato dalla maestra Celeste, che ha continuato a starmi vicina in silenzio e invitare i bambini a prestare attenzione nel momento in cui diventavano un po’ irrequieti . È stata la nostra spettatrice e ha scattato le foto durante quasi tutte le fasi della sperimentazione.. Oggi non ho fatto le sperimentazioni di tutte le situazioni di apprendimento. Abbiamo affrontato • • • • • • • Gli stati dell’acqua i passaggi di stato dell’acqua le sensazioni termiche il termometro la temperatura la dilatazione termica la struttura microscopica dell’acqua. A differenza dell’impostazione data nel modulo strutturato nella tesi, che procedeva dal microscopico al macroscopico, oggi, durante la sperimentazione, a diretto contatto con l’esperienza e trovandomi a dover mettere in atto una spiegazione che fosse la più chiara e la più semplice possibile (ma allo stesso tempo che fosse esatta scientificamente), ho preferito procedere dal macroscopico al microscopico. La scelta è stata mossa dal fatto che mi sono resa conto che sono dovuta partire da cose tangibili e note ai bambini. Per questo ho iniziato col far osservare l’acqua nei suoi stati: solido, liquido e gassoso, spiegando tutti i nuovi termini e scrivendoli sempre alla lavagna facendoglieli ripetere. Tutto si è svolto nel migliore dei modi. Hanno fatto una pausa per la ricreazione e poi abbiamo proceduto per un’altra ora. L’ultimo argomento affrontato è stata la struttura microscopica dell’acqua. È stato l’argomento difficile sul quale ritornerò portando loro dei disegni per rendergli più chiaro l’argomento. Prima di procedere con le altre spiegazioni, dietro consiglio della maestra Celeste, faremo trascrivere la lezione nel loro quaderno. Ho preparato un abbozzo e prima di andare avanti lo visionerò insieme all’insegnante. Ho accennato all’entusiasmo della maestra Celeste. Ne sono stata molto contenta, le è piaciuto il mio modo di eseguire la lezione con i bambini. Vuole documentare il tutto creando un cartellone con le foto e la spiegazione di ciò che abbiamo fatto con i bambini. Il cartellone verrà messo fuori in corridoio insieme agli altri cartelloni delle altre classi. 106 Segue la trascrizione delle parti più salienti della sperimentazione e di seguito c’è la lezione strutturata per i bambini… 4.2.4 Trascrizione del momento della sperimentazione. (In corsivo sono riportati i dialoghi. Le risposte dei bambini sono in carattere grassetto. In carattere normale vi è il riassunto di alcuni momenti dei quali la trascrizione dettagliata dei dialoghi sarebbe stata ininfluente) Oggi vi ho portato delle cose per fare degli esperimenti, vi faro capire come è fatta l’acqua. Mostro l’acqua e faccio rilevare le caratteristiche. è liquido e non ha una sua forma propria Mostro diverse forme di ghiaccio e faccio rilevare le caratteristiche ha una sua forma ed è duro Come lo faccio diventare ghiaccio l’acqua? lo metto nel freezer E per farla sciogliere? La devo mettere nel fuoco Quindi l’acqua la possiamo trovare in forma? liquida e solida 107 Lo sapete che lo possiamo trovare anche in forma volatile? si quando mi lavo con l’acqua calda Sapete come si chiama? Fumo No il fumo è quello che si forma quando si brucia il legno Quello che vi sembra fumo, si chiama vapore Ora a tre a tre vanno a vedere il pentolino con l’acqua che bolle e mostro loro il vapore. Tutti, uno per uno vanno e vedere che l’acqua fa le bolle e produce il vapore. Loro stessi mi ripetono che si vede il vapore. Un nuovo vocabolo è entrato nel loro vocabolario. Ricapitolo: la materia la possiamo trovare nello stato solido liquido e gassoso. Ora tra il ghiaccio e l’acqua cosa è più freddo? Il ghiaccio E tra il ghiaccio e l’acqua che bolle cosa è più caldo? 108 L’acqua che bolle. Ora faccio l’esperimento nel quale faccio sentire loro l’acqua a varie temperature, dalla più alta alla più bassa. Le loro sensazioni si eguagliano abbastanza, ma non in modo preciso. Faccio notare loro che qualcuno utilizza termini diversi. Ora toccano il ghiaccio e dicono che l’acqua è ghiacciata Ora nell’altro esperimento faccio mettere la mano destra nel ghiaccio, la mano sinistra nell’acqua calda e poi tutte e due le mani nell’acqua tiepida. Cosa sentono? Temperature diverse, si accorgono che le mani pur toccando la stessa acqua percepiscono sensazioni diverse. Quasi tutti si accorgono che la mano che ha toccato il ghiaccio percepisce l’acqua a temperatura ambiente come calda, mentre la mano che ha toccato l’acqua calda percepisce l’acqua a temperatura ambiente come fredda. I bambini in questo esperimento scoprono una cosa strana, sembra che le manine tocchino due vaschette differenti, ma non è così…si chiedono il perché. Sono tutti meravigliati . Quindi bimbi, abbiamo cercato di capire con le manine se l’acqua era fredda o era calda, e con i compagni siamo stati più o meno d’accordo, però è pure successo poco fa che non siamo stati d’accordo con noi stessi. Ma per essere più precisi che dobbiamo utilizzare? il termometro. 109 Mostro loro il termometro, faccio vedere il vetro, i numeri all’interno e la punta con una sostanza grigia che si chiama mercurio, una sostanza liquida che è molto sensibile alla temperatura. Scrivo la nuova parola alla lavagna. Hanno appreso un altro nuovo vocabolo. Lo ripetono. Se si trova a contatto di oggetti a temperature diverse, si allunga in modo differente. Vediamo insieme che per ora il mercurio è fermo sul numero 20. Metto il termometro nel ghiaccio e faccio vedere dove si è fermato…nello 0. Traiamo le conclusioni: tutti hanno visto che nel ghiaccio il mercurio si ferma nello zero. Spiego loro che i numeri sono i gradi centigradi, nonché la temperatura che misura un dato oggetto. Mostro il simbolo “°C” e dico che si dice <grado centigrado>. Altro nuovo vocabolo. 110 Adesso mettiamo il mercurio nell’acqua bollente e tutti vedono che il mercurio si ferma su 100°C. Traiamo le conclusioni: il mercurio del termometro quando tocca l’acqua che bolle si ferma sempre su 100°C. Spiego loro come venne costruito il primo del termometro. Un giorno il signor Celsius ha preso un tubicino di vetro con dentro il termometro. Ha costatato che il mercurio quando toccava il ghiaccio rimaneva sempre fermo in un punto in cui ha deciso di segnare lo zero. Poi ha visto che se il mercurio toccava l’acqua che bolliva, il mercurio allungava e si fermava sempre in un punto, in cui ha deciso di segnare il numero cento, ha così diviso lo spazio tra zero e 100 in cento parti. Ogni parte è un grado centigrado. Spiego loro che anche altre sostanze, quali più quali meno, si dilatano a contatto con una fonte di calore. Di alcuni possiamo fare degli esperimenti per vedere come si dilatano. Spiego loro la parola dilatazione. 111 Dilatarsi significa diventare più grande, occupare più spazio. Ad esempio per il mercurio invece di dire che si allunga, possiamo dire che si dilata. Un'altra nuova parola entra nel loro vocabolario . La scrivo alla lavagna. Prendo due bicchieri di vetro identici e faccio vedere loro che li posso mettere l’uno dentro l’altro senza farli incastrare. Ma se in quello di sopra metto l’acqua bollente il bicchiere di sopra si incastra…con non molta facilità l’esperimento fortunatamente riesce. I bambini sono sorpresi, ma adesso capiscono che non si tratta di magia, ma è qualcosa che ha a che fare con la variazione di temperatura. Adesso prendo l’anello di Gravesande e riscaldo la pallina di ferro con un accendino. Prima di riscaldarlo la pallina entrava ed usciva tranquillamente dall’anello. 112 Dopo averlo riscaldato la pallina rimane appoggiata sopra l’anello perché riscaldandosi si è dilatata. Riassumendo: riscaldandosi il mercurio, il bicchiere e la pallina…si dilatano. Avviene, dunque, il fenomeno della dilatazione termica. Le sostanze a contatto di una fonte di calore si dilatano, quindi si espandono. Il mercurio a contatto di una fonte di calore si espande. Una fonte di calore non è solo un fuoco, è una cosa che riscalda. Ad esempio il termosifone è una fonte di calore. L’acqua calda è una fonte di calore (un altro vocabolo). Il bicchiere riscaldato si dilata. La pallina di ferro a contatto del fuoco si dilata. Ora un altro esperimento. Dimostro che la gamba del tavolo, il maglione di lana, misurano la stessa temperatura. 113 Loro si aspettano che il mercurio a contatto della gamba del tavolo scenda. E che a contatto del maglione di lana si dilati…invece il termometro che misura nell’ambiente 20°C, misura lo stesso nel termometro. Costatano che la temperatura degli oggetti è uguale a quella dell’ambiente, e che le sensazioni termiche hanno fatto invece credere che le temperature della lana e della gamba del tavolo fossero diverse. Tutti quanti hanno verificato con i propri occhi quale fosse la temperatura della lana e della gamba di metallo. Per spiegare il motivo per cui gli oggetti all’interno di uno stesso ambiente abbiano la stessa temperatura, passo alla spiegazione della struttura interna delle sostanze, e in particolare dell’acqua. Ora inizio la parte legata alla visione microscopica. Mostro loro un pezzetto di pane che vedono da lontano , ma non tanto bene. Notano come avvicinandomi a loro riescano a cogliere maggiori elementi di questo tozzo di pane, riescono a vedere i semini, la mollica con i microscopici buchetti. Da vicino abbiamo una visione più completa dell’oggetto. Ora lo stesso possiamo fare con l’acqua. Faccio vedere una gocciolina di acqua e spiego loro che dentro la goccia ci sono tante cose piccole, come delle palline piccole piccole, più piccole del granello di zucchero che faccio loro vedere. 114 Dentro l’acqua ci sono tante molecole. Dentro ogni molecola si trovano il signor ossigeno che va a braccetto con un signor idrogeno da una parte e un altro signor idrogeno dall’altra. Tutti e tre formano la molecola. La disegno alla lavagna, ma dentro una goccia di acqua ci vanno una miriade di molecole. Ora faccio fare la molecola a gruppi di tre. Dopo che si sono formate le molecole, tutti i bambini si mettono a braccetto e quindi tutte le molecole sono insieme. Ma appena arriva una fonte di calore queste molecole iniziano a muoversi…così inizio a muovermi e tutto il gruppo inizia a muoversi. Quindi cosa è successo? La fonte di calore ha fatto muovere tutte le molecole. Ora spiego che se l’acqua è messa sul fuoco, tutte le molecole sono in movimento e se metto il termometro dentro l’acqua anche le molecole del termometro iniziano a muoversi come quelle dell’acqua. Mostro loro delle piccole palline e faccio vedere che se l’acqua è calda le palline si muovo velocemente, mentre le palline di mercurio si muovono di meno. E se metto le palline che si muovono vicino alle palline che si muovono di meno, succede che le palline si muovono tutte alla stessa maniera, velocemente. Questa ultima parte è stata la più difficile da spiegare, la difficoltà è stato passare dal concreto all’astratto. Come per tutti gli altri fenomeni sono partita da un modello della realtà a loro noto, quale l’esempio delle palline e dei bambini. Ma quando dai bambini siamo passati agli atomi e alle molecole, ho visto che il feedback non è stato positivo. Credo opportuno fermarmi a questa parte e non andare oltre. 4.2.5 9 Aprile 2006 La verifica tramite il compito in situazione Non potendo fare un re-test, avendo deciso di non occupare i bambini con dei compiti scritti che potrebbero stancarli, ho deciso di fare una sorta di verifica, per costatare se il mio lavoro fosse stato efficace. Così prendendo spunto da un argomento che avrebbero dovuto affrontare con l’insegnante, ho colto l’occasione per farmi spiegare “un paio di cose” dai bambini. L’argomento che mi è servito da spunto per la verifica è il ciclo dell’acqua, abbiamo preso il libro di scienze nel quale abbiamo le immagini del ciclo dell’acqua, invito i bambini a guardare la figura e iniziamo una conversazione. Pongo delle domande e commentiamo insieme, alla luce di quanto visto con gli esperimenti in laboratorio. Con i bambini a troviamo dei parallelismi tra il pentolino con l’acqua( posto sul fornello elettrico) e l’immagine nel loro 115 libro. Immaginiamo che il sole sia una grande forellino elettrico che riscalda l’acqua e i bambini iniziano col dirmi che l’acqua del mare evapora e sale su. Ma io dico loro che su, nelle nuvole, non c’è lo stesso caldo che c’è a mare, quindi la temperatura diminuisce, e se la temperatura diminuisce allora loro sanno che il vapore diventa o acqua o ghiaccio. E appena quest’acqua si accumula tutta nelle nuvole piove. Nel nostro disegno c’è il mare, il sole, la pioggia e le nuvole. Il sole è la nostra fonte di calore. Inizio con le domande. L’acqua del mare in che stato si presenta? Nello stato liquido Come evapora l’acqua del mare? Con il sole Quando il vapore evapora dove va? Sale A mare secondo voi ci sono più o meno di zero gradi? Di più di zero gradi perché l’acqua è liquida, se ce ne fossero di meno l’acqua sarebbe solida 116 Appena evapora il vapor,e sale fino alle nuvole, ma sopra le nuvole non c’è lo stesso caldo che c’è a mare, e più si sale, più la temperatura diminuisce. Cosa succede secondo voi al vapore? Diventa di nuovo acqua o ghiaccio. Sì, e precisamente si formano tante goccioline, e sapete le goccioline di acqua che fanno? Si depositano nelle nuvole, e quando si raccolgono tante goccioline di acqua inizia a piovere e l’acqua torna di nuovo sulla terra. Ma il sole il giorno dopo torna, e l’acqua evapora di nuovo e inizia nuovamente un ciclo. Questo è il ciclo dell’acqua. 4.2.6 10 Aprile 2006 Realizzazione cartellone Oggi con i bambini abbiamo visto le foto scattate durante la nostra sperimentazione, abbiamo ricordato i momenti di ogni foto e abbiamo realizzato insieme alla maestra il cartellone che verrà esposto fuori dall’aula. 117 4.3 SPERIMENTAZIONE IV C 4.3.1 Introduzione Anche nella classe quarta il primo giorno mi sono presentata ed ho dpiegato i motivi per i quali ero lì. Ho detto loro che avrei fatto con loro degli esperimenti di scienze e anche loro ne hanno gioito. Ma avrebbero prima dovuto compiere un compito: rispondere a delle domande. Non ne sono stati molto entusiasti di dover fare dei compiti, ma ho spiegato loro l’importanza che rivestiva rispondere a questo test. Solo così avrei capito quali esperimenti dover fare con loro. Allora si sono resi disponibili di aiutarmi, tra tutte le domande ne ho scelte alcune e le ho somministrate a loro. situazione di apprendimento n° 1 LE SENSAZIONI TERMICHE Tocca il piano del tavolo, la gamba di metallo del tavolo, lo schienale della sedia. Hai sensazioni di caldo o di freddo? piano del tavolo............................................................................................... gamba di metallo del tavolo............................................................................. schienale della sedia........................................................................................ Supponi di versare dell’acqua appena uscita dal frigorifero in una pentola che metti sopra il fuoco. Appena versi l’acqua che sensazione provi? Appena passa il tempo necessario per mangiarti tre biscottini puoi toccare ancora l’acqua? Appena passa tanto tempo, l’acqua come è diventata? Dentro una stanza ci sono: - un pezzo di ferro, - un maglione di lana, - una cassetta di legno, - un maglietta di cotone, - una bacinella di plastica, - una mattone di marmo. Segna con una crocetta quali di questi elementi pensi sia più freddo degli altri. Quando la mamma prepara la vasca di acqua per il bagnetto, l’acqua com’è? L’acqua che bolle in pentola? 118 Il gelato? L’acqua della bottiglia posta in frigorifero? Sai spiegare con parole tue, cosa è secondo te la temperatura? Scrivi le sensazioni percepite toccando la vaschetta 1. Conclusioni: l’acqua contenente la vaschetta 1 è …………………… Descrivi le sensazioni percepite toccando la vaschetta 2. Conclusioni: l’acqua contenente la vaschetta 2 è …………………… Descrivi le sensazioni percepite toccando la vaschetta 3. Conclusioni: l’acqua contenente la vaschetta 3 è …………………… Ordina le vaschette dalla più calda alla più fredda: Vaschetta ……… Vaschetta …… Vaschetta …… Ti è sembrato facile capire la sensazione termica che ti ha dato l’acqua di ogni vaschetta? Secondo te se appena arrivi a casa chiedi alla mamma di metterti dell’acqua in una vaschetta alla stessa temperatura di quella che c’era nella 1, pensi che la mamma potrà essere precisa? A cosa pensi se dico la parola "temperatura"? Scrivi una frase che contenga la parola temperatura. situazione n° 2 “IL PUNTO DI VISTA MICROSCOPICO DELLA TEMPERATURA” Sai come è composta una goccia di acqua? Sai da cosa è composta una minuscola pallina di ferro? Con i soli nostri occhi possiamo vedere la parte più piccola di cui sono formate le sostanze? Hai mai sentito parlare di atomi? Sapresti dire cosa sono? 119 situazione n° 3 “LA DILATAZIONE TERMICA” Quando riscaldo una pallina di ferro, secondo te la grandezza della pallina rimane sempre la stessa? situazione di apprendimento n° 4 IL TERMOMETRO Sai spiegare come è fatto un termometro? Conosci la sostanza che c’è all’interno del termometro con il quale la mamma misura la tua temperatura quando hai la febbre? Perché quando hai la febbre, la sostanza che c’è dentro il termometro si allunga? Secondo te è più corretto rilevare le temperatura con un termometro, o si è più precisi se utilizzo le manine? situazione di apprendimento n° 5 L’EQUILIBRIO TERMICO. Perché quando la mamma ci prepara il tè caldo dopo un po’ si raffredda ? Il tè caldo si raffredda prima in estate quando c’è caldo, o in inverno, quando fa molto freddo? Perché? Se mescolo due piatti di pastina fredda, come sarà la pastina nella ciotola? Fredda o calda? Se mescolo invece due piatti di pastina bollente alla stessa temperatura, come sarà la pastina nella ciotola? Se mescolo in una ciotola grande un piatto di pastina bollente con un piatto di pastina fredda, Sai spiegare come pensi che sarà la pastina nella ciotola? Sarà ancora troppo calda o sarà ancora molto fredda? 120 Se prendiamo dei cubetti di ghiaccio e li immergiamo in dell’acqua calda, cosa succede secondo voi? situazione di apprendimento n°6 IL CALORE Se metto una borsa d’acqua calda a contatto con le mie mani fredde, cosa succede alle mani? Se aggiungo dell’acqua molto calda in un bicchiere di acqua molto fredda, cosa succede? Come sarà la temperatura finale dell’acqua secondo te? Cosa è secondo te il calore? Scrivi 3 fasi che contengono la parola “calore” situazione di apprendimento n°7 LE FORME DELL’ACQUA In natura l’acqua puoi trovarla oltre che in forma liquida anche in altre forme? Sai dirmi quali? Come posso trasformare un cubetto di ghiaccio in acqua liquida? Come posso trasformare un bicchiere di acqua liquida in ghiaccio? Come fa l’acqua a diventare vapore? L’acqua liquida ha una sua forma? 121 …Attraverso le loro risposte ho capito come muovermi 4.3.2 Il giorno della sperimentazione Entro in classe, già i bambini mi conoscono, al mio ingresso sono entusiasti di vedermi. C’è un grande interesse per quella valigia grande rossa che ho è portato con me, mi chiedono cosa facciamo oggi. Dico loro che faremo gli esperimenti come fanno gli scienziati, e rispondono: “che bello!”. Le loro aspettative sono alte. I bambini presenti sono: La maestra richiama all’ordine…. Anche io richiamo all’ordine. Inizio le mie attività I bambini rilevano le loro sensazioni termiche Faccio toccare tre vaschette di acqua a temperature differenti, chiedo loro di scrivere le loro sensazioni termiche. Faccio toccare ad uno ad uno tre vaschette temperature differenti, facendo toccare contemporaneamente con la mano destra una vaschetta, con la mano sinistra un’altra vaschetta e poi con entrambe le mani la vaschetta numero tre, rilevano la differenza di sensazione che hanno toccando la vaschetta numero tre. Prendo il termometro e faccio rilevare la temperatura della terza vaschetta, dimostrando loro che l’acqua ha una sua determinata temperatura a differenza di quello che sembra dalle sensazioni termiche. 122 Gli stati della materia Chiedo ai bambini di dirmi le caratteristiche dei tre stati in cui possiamo trovare l’acqua in natura. Loro stessi mi indicano i tre stati della materia. Faccio vedere l’acqua nei suoi vari aspetti. Faccio rilevare la temperatura dell’acqua che bolle…arrivano alla constatazione che l’acqua che bolle misura cento gradi. Raccomando loro di non fare questi esperimenti a casa perché il termometro scoppierebbe. Vediamo quanto misura il ghiaccio. Arrivano alla constatazione che misura 0°C. notano come scende il mercurio nel termometro. Continua ad esserci un gran baccano malgrado la presenza dell’insegnante. Il termometro e le situazioni di riferimento Faccio notare ai bambini da cosa è composto il termometro. Chiedo loro di spiegarmelo. Disegno il termometro alla lavagna. Dico loro come si chiama la sostanza all’interno e mi faccio dire che reazione ha avuto a contatto con l’acqua che bolle e con il ghiaccio. E secondo voi quanto può misurare la temperatura all’interno della stanza? La maggior parte ha già in mente la rappresentazione dei gradi e capisce che nella stanza non ci può essere una temperatura più alta di 100°C e più bassa di 0°C. La temperatura a livello microscopico Spiego cosa è la temperatura. Dico loro che la temperatura è una energia detta energia termica. Perché il mercurio si allunga aumentando la temperatura? - perché aumenta la temperatura - perché metto il termometro a contatto con un oggetto caldo 123 e perché si allunga? - perché quando abbiamo la febbre abbiamo una temperatura nel nostro corpo No bambini, c’è una spiegazione che non conoscete. Sapete da cosa è composta l’acqua? Da minuscole parti che si chiamano molecole, la molecola dell’acqua è composta da tre elementi. Li disegno alla lavagna Idrogeno, idrogeno, e ossigeno Disegno l’ossigeno più grande, che si “abbraccia” con due atomi di idrogeno. Così abbiamo una minuscola gocciolina di acqua, ma talmente piccola che per vederla abbiamo bisogno del microscopio. Faccio ripetere a loro gli elementi all’interno della molecola di acqua. Dico loro che in un bicchiere di acqua ce ne sono a migliaia, forse milioni, un milione quanto tutti gli abitanti di Palermo. La dilatazione termica E quando bolle, se non prendessimo un microscopio, vedremmo le molecole che si muovono come dei “pazzerelli”. Mentre quando l’acqua è a temperatura ambiente le molecole sono legate da una energia, detta energia di legame. Disegno l’energia di legame come una molla. Poi spiego che appena si avvicina una fonte di calore l’energia di legame si spezza e le molecole iniziano a muoversi molto velocemente. Faccio finta di essere una molecola e chiedo a un bimbo di fare l’altra molecola. Lo tengo stretto dicendo loro che quando l’acqua è in forma liquida sono legate tra di loro e non si possono muovere più di tanto. E secondo voi il legame con il ghiaccio come è? Rigido Ma appena si spezza il legame, dato che le molecole hanno una energia interna, detta energia di movimento. Così sbattendo tra di loro aumenta la temperatura perché l’energia cinetica si trasforma in energia termica, proprio quando sfreghiamo le mani. 124 E secondo voi quando sono stretta al vostro compagno occupo poco spazio o molto? Poco E se il mio legame si spezza e mi allontano? Occupo molto spazio. E allora quando il mercurio aumenta la sua temperatura le sue molecole sono vicine o lontane? Lontane, si espandono e occupano poco spazio o molto spazio? Molto e quindi si allunga. E se la temperatura diminuisce? Le molecole si mettono vicino e si abbassano. Ma sapete che come il mercurio si comportano tutti gli altri materiali? Però avvengono delle trasformazioni così minime che possiamo notarle facendo degli esperimenti. Prendo l’anello di Gravesande, svolgo l’esperimento e loro stessi mi spiegano come saranno probabilmente disposte le molecole quando la temperatura sale e quando la temperatura scende. Faccio l’esperimento pure con i bicchieri di vetro e chiedo loro di fare una previsione. Se metto l’acqua bollente nel bicchiere superiore, cosa succede? Non c’entra. Si incastra. Faccio l’esperimento. I bicchieri si sono incastrati, con grande meraviglia. Finalmente un attimo di silenzio per via della suspense!!! Ricordatevi che i cambiamenti sono talmente piccoli che ci possiamo arrivare solo per deduzione, perché con i soli nostri occhi non possiamo vedere come si comportano le molecole. 125 Adesso che hanno capito bene cosa sono le molecole e come sono fatte, descrivo anche gli atomi di ossigeno e di idrogeno. Li disegno. Descrivo cosa cambia tra un elemento e un altro: il numero del peso atomico. Fanno ancora baccano e cerco di fargli capire che stanno facendo cose importanti che nessun bambino conosce. Mi dicono che a loro piace fare queste cose e che si sono divertiti più di quando fanno lezione con l’insegnante. 126 4.3.3 Materiale prodotto dagli alunni di IV C I disegni che seguono, sono la rappresentazione dell’atomo di idrogeno, di quello di ossigeno e della molecola di acqua che hanno prodotto i bambini dopo aver eseguito le attività laboratoriali. 127 In questi altri disegni vi è la rappresentazione dell’energia di legame che tiene unite le molecole di una sostanza 128 129 Dopo aver visto da vicino il termometro e dopo averlo utilizzato i bambini sono riusciti a farne una rappresentazione quasi fedele. 130 4.3.4 Le frasi significative PRE-TEST: Le sensazioni termiche - Il ferro e il marmo sono più freddi della lana - La lana è calda - I metalli sono molto freddi Cosa è la temperatura? - Se dici la parola temperatura penso al caldo e al freddo - Se dici la parola temperatura penso al caldo o al calore - Se dici la parola temperatura penso al termometro - La temperatura è una fonte di calore - La temperatura è un calore che riscalda la pentola - La temperatura è una sensazione di caldo o di freddo - La temperatura è il calore che ci circonda - La temperatura spiega quando c’è caldo o quando c’è freddo - Secondo me la temperatura è qualcosa che assume tutto il nostro calore - La temperatura è il calore o il freddo contenuto in una stanza - La temperatura è il calore della pentola che bolle Frasi che contengono la parola temperatura - La temperatura oggi è tiepida - La parola temperatura significa riscaldare la pentola - Ho temperatura - Ieri mi si è alzata la temperatura Come è fatto il termometro? - Il termometro è fatto da un puntino di ferro - Il termometro misura la temperatura del nostro corpo - Quando ho la febbre la sostanza che c’è dentro il termometro si allunga perché si riscalda. - Quando ho la febbre la sostanza che c’è dentro il termometro si allunga perché con il calore la temperatura sale - La sostanza dentro il termometro si chiama “MERCHURIO” - Quando noi abbiamo la febbre e la mamma ci mette il termometro sotto le ascelle, il termometro si prende il nostro calore e così il mercurio sale 131 Cosa è il calore? - Il calore è la temperatura - Il calore secondo me è il caldo - Il calore è il sole - Il calore è una sensazione di caldo - Il calore è un posto caldo - Il calore è tutta la temperatura che si accumula Frasi che contengono la parola calore - Il sole il fuoco e la stufa contengono il calore - Se accendi la stufa c’è calore - Se accendo un fiammifero fa calore - Se accendo l’aria condizionata fa calore - Con il calore posso trasformare un cubetto di ghiaccio in acqua liquida - Il calore è la temperatura, il fuoco, il termometro - La stufa, il sole, la coperta, portano calore - Hai tanto calore - Ieri c’era calore - Oggi non c’è molto calore - Il calore ha dato vita ai fiori L’equilibrio termico - Il the si raffredda se non è messo più sopra il fuoco - Il the si raffredda perchè perde calore - Il the si raffredda perché il calore se ne va Gli stati dell’acqua - L’acqua liquida ha una forma liscia - L’acqua diventa vapore, mettendola in una pentola: l’acqua fredda scende e l’acqua calda sale - L’acqua che bolle produce fumo Struttura interna della materia - Una goccia è composta da organismi minerali - Una pallina di ferro è composta dal ferro - Non ho mai sentito le parole: atomi e molecole 132 RE-TEST - Il bicchiere che si è riscaldato si è attaccato con l’altro bicchiere perché c’è stata dilatazione termica - Se dovessi disegnare la disposizione delle molecole mentre la pallina è stata riscaldata con un accendino, le disegnerei lontane. - Le situazioni di riferimento per costruire un termometro sono l’acqua che bolle e il ghiaccio - L’acqua che bolle sviluppa il vapore - La temperatura dell’acqua che bolle è 100°C - La temperatura del ghiaccio è 0°C - Il termometro è fatto di vetro con una sostanza di nome mercurio all’interno - La pallina non è passata attraverso l’anello dopo che l’abbiamo riscaldata perché gli atomi si sono sparsi - La pallina è passata attraverso l’anello perché gli atomi si sono uniti - Quando la temperatura aumenta a contatto con il termometro, il mercurio si dilata COMMENTI Tutte queste frasi mettono fortemente in evidenza una transizione da modelli di ragionamento di tipo spontaneo a dei modelli di tipo più scientifico. È da notare anche l’utilizzo di una terminologia più adeguata alla descrizione e all’interpretazione dei fenomeni in modo scientifico. Nel pre-test le frasi più rappresentative della loro conoscenza, hanno mostrato che per i bambini ci sono oggetti all’interno di una stanza a temperature differenti; che la temperatura è spesso confusa con il calore e il calore a sua volta, confuso con il caldo e come qualcosa insita all’oggetto; che l’acqua è fatta da minuscole gocce di acqua e che le sostanze sono composte a sua volta da minuscole parti di sostanze, ma nessuno dei bambini ha immaginato che all’interno delle sostanze ci fossero altri elementi; che spesso i bambini usano termini impropri che imparano dal loro contesto sociale, e quindi si utilizza la parola fumo per indicare il vapore, che la temperatura può essere calda ecc. 133 4.4 CONSIDERAZIONI SULL’ESPERIENZA SVOLTA IN IVC Il lavoro di sperimentazione è stato più difficile da condurre nella quarta classe, in quanto gli alunni sono stati molto irrequieti. È stato un peccato non aver trovato una situazione più distesa, perché sono convinta che avrei potuto lavorare molto di più con loro, perché malgrado tutte le difficoltà ho notato in questi bambini una grande vivacità intellettuale (oltre che comportamentale!). Devo proprio ammettere che mi sono trovata in alcuni momenti in difficoltà. Ho notato che la spiegazione sulla struttura atomica della materia è stata comunque compresa meglio che in IIC. Hanno avuto più capacità di immaginazione. Gli stessi esempi fatti nella seconda classe hanno lasciato i bambini un poco incerti e dubbiosi, e sono, dunque, dovuta tornare sull’argomento. Dopo i vari esperimenti svolti nella quarta classe, ho visto che i bambini hanno raggiunto con più facilità la capacità di astrazione e di trovare la regola generale da poter rapportare ad altre realtà. Dopo aver cercato insieme le risposte sulla dilatazione termica del termometro, sono via via riusciti a trovare le risposte alla dilatazione termica del ferro e del vetro. 134 135 Dopo aver somministrato sia il test che il re-test, ho potuto fare la tabulazione dei dati, in ogni tabella vi sono i risultati dei singoli bambini (sia del test che del re- test) sugli otto argomenti centrali alle situazioni di apprendimento trattate durante le esercitazioni laboratoriali. Questa la legenda: NELLA RIGA: R1: non risponde R2. risponde in modo errato per tentativi R3: risponde in modo errato secondo la conoscenza comune R4: la risposta si avvicina alla risposta corretta secondo la conoscenza scientifica R5: risponde correttamente secondo la conoscenza scientifica NELLA COLONNA S1: discernere le sensazioni termiche S2: sapere che oggetti posti nello stesso ambiente hanno la stessa temperatura S3: comprensione della temperatura a livello microscopico S4: comprensione della composizione della struttura interna dell’acqua S5: comprensione della struttura atomica S6: conoscere le parti da cui è composto un termometro S7: capire il perché avviene la dilatazione termica S8: conosce i tre stati dell’acqua Dopo la tabulazione dei dati attraverso la tabella, ho rappresentato con gli istogrammi i risultati complessivi della classe, distinguendoli per argomento e dai quali appare chiaro come sia avvenuto il passaggio dalla conoscenza comune alla conoscenza scientifica nella maggior parte della classe e nella maggior parte degli argomenti. 136 N° 1 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 RETEST R4 R5 R1 R2 R3 R4 R5 X X X X X X X X X X X X X X X X N° 2 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X R5 X X X X X X X X X X X X X X X N° 3 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 X R4 R5 X X X X X X X R3 X X X X X X X X 137 N° 4 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X R5 X X X X X X X X X X X X X X X N°5 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X R5 X X X X X X X X X X X X X X X N° 6 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 X X X X X X X X 138 R1 R2 R3 R4 R5 X X X X X X X X N° 7 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X R5 X X X X X X X X X X X X X X X N° 8 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X 5 X X X X X X X X X X X X X X X N° 9 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X X X X X X X X X R5 X X X X 139 X X X N° 10 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X R5 X X X X X X X X X X X X X X X N° 11 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X R5 X X X X X X X X X X X X X X X N° 12 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X X X X X X X X X X X R5 X X X X X 140 N° 13 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X R5 X X X X X X X X X X X X X X X N° 14 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X R5 X X X X X X X X X X X X X X X N° 15 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X X X X X X X X X R5 X X X X X X X 141 N° 16 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 R1 R2 R3 R4 X R5 X X X X X X X X X X X X X X X N° 17 PRE TEST R1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R2 R3 R4 RETEST R5 X X X X X X X X 142 R1 R2 R3 R4 R5 X X X X X X X X Totale delle risposte date dai bambini in ciascun argomento TOTALE PRE TEST R1 R2 R3 R4 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 tot RETEST R5 R1 R2 R3 R4 17 17 11 7 17 1 1 10 36 8 1 1 1 11 1 9 38 17 6 2 9 5 6 28 3 2 6 2 5 1 23 143 R5 0 3 0 10 17 17 12 11 15 17 17 123 pre-test: Discernere le sensazioni termiche (S1) 20 15 bambini 10 5 0 1 2 3 4 5 risposte re-test: Discernere le sensazioni termiche(S1) 20 15 bambini 10 5 0 1 2 3 4 5 risposte Sulle sensazioni termiche i bambini mostrano di avere adeguate conoscenze sia prima che dopo la somministrazione del test. Non occorrono dunque attività laboratoriali sull’argomento considerando che la conoscenza comune in questo caso concorda con la conoscenza scientifica 144 pre-test: Sapere che oggetti posti nello stesso ambiente hanno la stessa temperature (S2) 20 15 bambini 10 5 0 1 2 3 4 5 risposte re-test: Sapere che oggetti posti nello stesso ambiente hanno la stessa temperature (S2) 20 15 bambini 10 5 0 1 2 3 4 5 risposte . Riguardo alla temperatura di oggetti posti nello stesso ambiente, nel pre-test tutti i bambini rispondono in modo errato secondo la conoscenza comune, in quanto basandosi sulle sensazioni termiche, credono che, all’interno di uno stesso ambiente, ci siano oggetti con temperature maggiori o minori rispetto ad altri. Dopo aver misurato però con il termometro la temperatura degli oggetti, si rendono conto che le temperature rimangono invariate da un oggetto all’altro 145 pre-test: Comprensione della temperatura a livello microscopico (S3) 12 10 8 bambini 6 4 2 0 1 2 3 4 5 risposte re-test: comprensione della temperatura a livello microscopico (S3) 20 15 bambini 10 5 0 1 2 3 4 5 risposte Nel pre-test la maggior parte dei bambini mostra di non sapere cosa a livello microscopico avvenga e come entri questo in relazione con la temperatura. Nel re test tutti hanno acquisito la comprensione della temperatura secondo il modello interpretativo. 146 pre-test: comprensione della composizione della struttura interna dell’acqua (S4) 8 6 bambini 4 2 0 1 2 3 4 5 risposte re-test: comprensione della composizione della struttura interna dell’acqua (S4) 12 10 8 bambini 6 4 2 0 1 2 3 4 5 risposte Nel pre- testb soltanto due bambini si avvicinano alla conoscenza scientifica, indicando la presenza di minerali all’interno dell’acqua, suppongono quindi che ci siano altri elementi minuscoli che insieme formano l’acqua. Gli altri bambini o non ne hanno assolutamente idea e non rispondono, oppure danno risposte sbagliate secondo la conoscenza comune. Nel re-test il risultato è molto positivo, anche se due bambini continuano a non comprendere quale sia la composizione della struttura interna dell’acqua. 147 pre-test: comprensione della struttura atomica (S5) 20 15 bambini 10 5 0 1 2 3 4 5 risposte pre-test: comprensione della struttura atomica (S5) 12 10 8 bambini 6 4 2 0 1 2 3 4 5 risposte La struttura atomica è stato l’argomento a loro più sconosciuto perché più lontano dalla conoscenza comune in cui non si parla effettivamente mai di atomi. Nel re-test hanno tutti dimostrato (chi più chi meno) il passaggio dalla conoscenza comune a quella scientifica. 148 pre-test: conoscere le parti da cui è composto un termometro(S6) 10 8 6 bambini 4 2 0 1 2 3 4 5 risposte re-test: conoscere le parti da cui è composto un termometro(S6) 15 10 bambini 5 0 1 2 3 4 5 risposte Il termometro è uno strumento di uso comune, ne hanno vagamente idea di come sia fatto, e ciò è dimostrato dai risultati del re-test. Ma nel re- test, nel momento in cui sono tornati a spiegare le parti da cui è composto un termometro, sono stati quasi tutti più corretti. 149 pre-test: capire il perché avviene la dilatazione termica (S7) 10 8 6 bambini 4 2 0 1 2 3 4 5 risposte re-test: capire il perché avviene la dilatazione termica (S7)) 140 120 100 80 bambini 60 40 20 0 1 2 3 4 5 risposte L’unica occasione nella vita reale che mostra ai bambini la dilatazione termica è quella che avviene nel termometro con il mercurio. I bambini non colgono tutti la relazione tra aumento di temperatura e dilatazione termica e quando la colgono non riescono a spiegare il perché ci sia questa relazione. Nel re-test tutti hanno dimostrato di aver compreso questo concetto…gli esperimenti con l’anello di Gravesande e con i bicchieri di vetro hanno dato gli esiti sperati 150 pre-test: conosce i tre stati dell’acqua (S8) 10 8 6 bambini 4 2 0 1 2 3 4 5 risposte re-test: conosce i tre stati dell’acqua (S8) 140 120 100 80 bambini 60 40 20 0 1 2 3 4 5 risposte Il pre-test non dà buoni risultati in quanto non tutti i bambini si rendono conto di quali siano in tre stati dell’acqua. Il re-test mostra che dopo la sperimentazione, l’argomento è stato ben compreso da tutti. 151 tabulazione totale:pre-test 40 30 Numero risposte 20 10 0 1 2 3 4 5 Tipo di risposte tabulazione totale: re-test Numero risposte 140 120 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 Tipo di risposte Raggruppando tutte le risposte date dai bambini durante il pre-test e il re-test, si nota che mentre nella fase iniziale i le risposte dei bambini si attestano per la maggior parte nelle prime 4 (quelle non corrette scientificamente), nel re-test la maggior parte di risposte si attesta sulla quinta, nonché, la risposta scientificamente corretta. 152 CONCLUSIONI Il lavoro è così concluso, ed è stato un lavoro non facile sia da strutturare che da realizzare. Ho avuto continuamente mille dubbi, fino a quando non è arrivato il giorno della messa in opera, e allora mi sono resa conto che tante mie incertezze si sarebbero chiarite strada facendo. Il momento più formativo del mio lavoro è stato quello della sperimentazione. In entrambe le classi ho constatato la stessa confusione sui fenomeni termici, lo stesso scambio di parole parlando di calore e temperatura, o un concetto di temperatura legato alla sensazione del caldo. Insomma la conoscenza comune di entrambe le classi mostrava di essere in forte prevalenza rispetto alla conoscenza scientifica. Parlando con i bambini, le frasi più ricorrenti sono state del tipo: - avere temperatura, per indicare che si ha la febbre; - la temperatura è il calore; - il calore è il sole; - il calore è il caldo. - la lana è calda. - il metallo è freddo. - Il calore è contenuto nei corpi In entrambe le classi i bambini non hanno risposto per la maggior parte riguardo alla struttura atomica della materia. Nella seconda classe non sono neanche riusciti ad immaginare che ci potesse essere “qualcosa” dentro l’acqua, una bambina soltanto ha detto che dentro l’acqua c’erano i minerali. Nella quarta classe non hanno risposto, dicendomi che erano cose che non avevano ancora studiato. E infatti mentre in IIC spesso i bambini davano largo spazio alla loro fantasia riguardo le risposte (un bambino mi ha detto che la parola temperatura gli faceva ricordare il temperino), nella quarta classe erano condizionati dalle cose che avevano studiato. La sperimentazione è stata più difficile da condurre in IV C in quanto la classe non mi conosceva e sono stati più indisciplinati. Ma in entrambe le classi hanno mostrato grande entusiasmo e interesse dal momento in cui mi hanno visto entrare con un valigione rosso con dentro gli strumenti per condurre gli esperimenti. In II C la sperimentazione ha riscosso molto interesse anche da parte dell’insegnante, che ha voluto insieme a me e ai bambini realizzare un cartellone con le foto dei momenti più importanti, in cui fossero contenute le conoscenze circa l’argomento trattato. Il momento di maggiore appagamento l’ho raggiunto quando dopo circa 20 giorni ho fatto svolgere ai bambini della seconda classe un compito in situazione sul ciclo dell’acqua. È 153 stato bello vedere come siano riusciti a cogliere dei parallelismi tra il fornello elettrico (la nostra fonte di calore) e il sole, tra l’acqua del pentolino e il mare…e così, lavorando su quella che Vygotskij indica come “zona di sviluppo prossimale”, ho visto come i bambini siano riusciti ad adattare un semplice modello della realtà a un fenomeno fisico di grandi dimensioni. E’ da notare che, a differenza dell’impostazione data inizialmente nel modulo strutturato nella tesi, che procedeva dal microscopico al macroscopico, cercando di passare da concetti generali a concetti particolari, l’esperienza diretta con i bambini ha messo in evidenza come l’approccio più corretto alla costruzione delle spiegazioni scientifiche fosse quello che partiva dalle esperienze di vita comune (il particolare) per arrivare alle spiegazioni e ai modelli microscopici (il generale) . Per tale motivo ho invertito l’ordine didattico inizialmente previsto e ho preferito procedere dal macroscopico al microscopico. Nella quarta classe, data l’età più matura dei bambini, ho potuto, per raccogliere l’esito dei risultati, facilmente somministrare dopo gli esperimenti un re-test, e avere considerevoli evidenze di un avvenuto passaggio dalla conoscenza comune alla conoscenza scientifica nei bambini. Dall’analisi degli esiti della sperimentazione ho potuto costatare come sia stato importante il ruolo del laboratorio, che mi ha permesso di far vedere ai bambini e di far loro toccare con mano, alcuni fenomeni della natura. Nella seconda classe, i bambini non hanno raggiunto i livelli di comprensione evidenziati nella quarta classe, in relazione alle idee di atomi e molecole, per via del concetto astratto che nei più piccolini ha creato confusione. Credo che sarei potuta riuscire nell’intento di far meglio apprendere come sia composta la materia, solo se avessi proceduto utilizzando strumenti ottici o filmati in modo da permettere ai bambini di visualizzare delle rappresentazioni più o meno “reali” di atomi e molecole, ma questo purtroppo non mi è stato possibile realizzarlo. Nella classe quarta la metafora dei “bambini-molecole” ha invece ben funzionato ed ha permesso loro di capire la dinamica delle molecole al variare della temperatura. Spero che questo mio lavoro possa servire a chi si appresta ad insegnare o a quelli che già insegnano, come testimonianza del fatto che per insegnare è necessario mettere in atto tutta la propria inventiva per non rendere sterile il processo di insegnamento-apprendimento, e per far sì che i bambini siano padroni di un sapere autentico. Ringrazio quanti hanno acceso in me l’interesse per il sapere. 154 BIBLIOGRAFIA • Allasia D.,Montel V., Rinaudo G., LA FISICA PER MAESTRI, Edizioni Libreria Cortina Torino • Bellingreri A, SAGGI DI UNA PEDAGOGIA ERMENEUTICA, Palermo 2002 • Carugati F. e Selleri P., PSICOLOGIA DELL’EDUCAZIONE, Il Mulino, ed.2006 • Elby, A., and Hammer, D. (2001). ON THE SUBSTANCE OF A SOPHISTICATED EPISTEMOLOGY. Science Education, 85, 554-567 • Fabbri S., Masini M., ESPLORIAMO LA FISICA. UNA NAVIGAZIONE NELLA REALTÀ, casa ed. 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