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unità di apprendimento che analizza il comportamento di alcuni corpi immersi in acqua con approccio ludico. L'unità di apprendimento è rivolta ad una classe seconda secondaria di 1° grado.
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3° UA - Classe 2°- N. 5 (Dicembre)
Educazione scientifica
Giocare con "oggetti che galleggiano"
Apprendimento unitario da promuovere. L’alunno comprende che il galleggiare o l’andare a
fondo di una sostanza in un’altra è una caratteristica dipendente dall’interazione che si instaura tra le due
sostanze.
Compito unitario in situazione. Immaginando di essere un ingegnere navale, illustrare, mediante
immagini grafiche e/o fotografiche accompagnate da didascalie esplicative, il progetto relativo ad un
prototipo di nave commissionato da una compagnia navale.
Riferimenti ai Documenti nazionali. PECUP – Identità: a1,2;b1,2;c2. Strumenti
culturali: f3,4,5; g1,2,3,4; i2,5. Convivenza civile: g. OSA- Scienze: C5- A4. Matematica:
Introduzione al pensiero razionale A1,2,3,4; Il numero C2a; Geometria C5- A10; Misura C2-
A1,2,3. Italiano: Leggere C7- A5; Scrivere C1-A2. Informatica: A4,5. E. salute: C 1 – A1, 2. E.
affettività: A1,3.
Obiettivi formativi con standard d’apprendimento.
L’alunno è in grado di:
1. comprendere che i liquidi (come pure gli aeriformi) esercitano forze sui corpi “immersi” in essi;
2. individuare la relazione tra peso specifico e galleggiamento;
3. fornire un’interpretazione del principio di Archimede che sia scientificamente fondata;
Articolazione degli OF rispetto al livello di accettabilità
1. Sa riferire, utilizzando un lessico specifico essenziale, ciò che osserva riguardo ad un “oggetto”
immerso nell’acqua.
2. Sa ipotizzare se un “oggetto” è in grado di galleggiare o affondare nell’acqua dal confronto dei due
pesi specifici.
2
3. Sa calcolare aritmeticamente la spinta di Archimede ricevuta da un semplice “oggetto” immerso
nell’acqua.
Attività laboratoriali. Durante la fase pre-attiva dell’UA, saranno progettati diversi contenuti
laboratoriali avendo cura di scegliere un setting motivante e ricco di possibilità per gli allievi. Tali contenuti
saranno poi concretamente svolti nella fase attiva tenendo nella giusta considerazione i diversi punti di
partenza degli allievi riguardo alle conoscenze/abilità previe e alle preconcezioni ingeneratesi sia a seguito
dell’esperienza quotidiana che degli apprendimenti informali e non formali acquisiti nei contesti di
riferimento. L’apprendimento unitario da promuovere, declinato attraverso gli obiettivi formativi
concretamente formulati con i relativi standard, dovrà trasformare gli obiettivi specifici di apprendimento
nelle competenze personali degli allievi, grazie ad opportune soluzioni organizzative di tipo
didattico/educativo come quelle di seguito proposte a titolo esemplificativo.
1° FASE: “Osserviamo oggetti che galleggiano o affondano”
Il percorso apprenditivo potrebbe avere inizio con attività ludiche, organizzando la classe in piccoli gruppi
di compito e/o di livello. Si chiederà di osservare alcuni “oggetti”, immersi successivamente in due catini (
contenenti rispettivamente acqua dolce e salata), quali graffette, stuzzicadenti, biglie di plastica e di metallo,
cubetti di legno, tappi di sughero, cubetti di ghiaccio, elastici, bottoni di plastica, cucchiaini da gelato di
plastica, sassolini, piccole quantità di olio, altri piccoli oggetti, e di annotare in una tabella il comportamento
osservato per ciascuno di essi.
Figura 1
Tabella 1
Oggetto Galleggia in
acqua acqua salata
Affonda in
acqua acqua salata
Rimane sommerso in
acqua acqua salata
Graffetta
Stuzzicadenti
………………
Si potrà ripetere l’esperienza immergendo uno stesso oggetto in liquidi diversi per verificare che esso può
galleggiare in un certo liquido mentre può andare a fondo in un altro. Il confronto dei risultati ottenuti dai
3
gruppi avvierà la discussione. Il docente, nel ruolo di facilitatore discreto e sensibile, porrà domande
problematiche e atte a stimolare la riflessione degli allievi nei passaggi più significativi del loro percorso
apprenditivo. In ogni modo, questi saranno sapientemente guidati a porsi interrogativi del tipo:
-“Come mai alcuni degli oggetti osservati vanno a fondo mentre altri galleggiano con facilità?” .
- “Perché uno stesso oggetto affonda nell’acqua dolce mentre galleggia nell’acqua salata?”.
- “Perché il ghiaccio galleggia nell’acqua mentre affonda nell’alcool etilico?”.
Le attività di questa prima fase, potranno essere svolte interamente o in parte, grazie alla cooperazione
dell’insegnante di sostegno, anche da alunni diversabili opportunamente inseriti in gruppi peer to peer.
2° FASE: “…impariamo a calcolare il peso specifico”
Per fornire una risposta alle domande precedenti e , quindi, stabilire quale “cosa” decide se una determinata
sostanza immersa in un liquido galleggia o va a fondo, si deve considerare una nuova grandezza: il peso
specifico.
Materiale: acqua, tappi di sughero, cubetti di legno e altri solidi considerati nell’attività della 1° fase, olio,
cilindro graduato, bilancia.
Procedimento: 1. pesare i cubetti di legno, i tappi di sughero, gli altri solidi e annotare i valori in una
tabella. 2. Calcolarne il volume per immersione in una certa quantità d’acqua contenuta nel cilindro
graduato, facendo attenzione a spingere sotto, con un filo di ferro sottilissimo, i tappi di sughero e i cubetti di
legno che tendono a galleggiare. 3. Calcolare il rapporto peso/volume per i diversi solidi e annotare nella
tabella i risultati ottenuti. 4. Ripetere i passaggi dei punti precedenti per due liquidi diversi, ad es. acqua ed
olio, e per quantità differenti: 50 cc, 100 cc, 200 cc. Naturalmente, nel caso dei liquidi, si peserà in
precedenza il cilindro graduato vuoto e successivamente si peseranno i volumi di liquido considerati.
Tabella 2
Oggetti Peso in g Volume in cc Peso/volume in g/cc
1° tappo di sughero
2° tappo di sughero
3°……………..
……………..
…………………
………………..
…………………..
……………………..
……………….
…………………….
………………………
…………………
1° ESPERIENZA: calcoliamo il rapporto peso/volume dei corpi
4
1° cubetto di legno
2° cubetto di legno
3°………………..
…………………..
………………………
……………………
………………………..
………………….
……………………
……………………….
……………………
……………………
1° quantità d’acqua
2° quantità d’acqua
3°………………..
…………………….
……………………
……………………
50
100
200
………………….
………………..
…………………
1° quantità di olio
2° quantità di olio
3°……………….
……………………..
…………………..
…………………..
50
100
200
……………………
……………………
……………………..
Analisi dei risultati: analizzando i valori dei rapporti peso/volume ottenuti per le diverse sostanze, che cosa
si può concludere?
- Il rapporto peso/volume varia al variare della sostanza?
- Il rapporto peso /volume per la stessa sostanza è sempre lo stesso?
Dalla discussione sui risultati ottenuti, si giungerà alla conclusione che il rapporto peso/volume varia per le
diverse sostanze ma si mantiene costante per ciascuna e non varia al variare della sua quantità: a tale
rapporto si attribuisce il nome di peso specifico, grandezza per cui nel S.I. si adopera l’unità di misura N/m3
mentre correntemente si usa g/cc.
3° FASE: “…. alla scoperta della relazione tra peso specifico e galleggiamento”
Adesso che gli alunni conoscono il significato del peso specifico e sono in grado di calcolarlo, potranno
verificare come il galleggiare o l’andare a fondo sia regolato proprio da tale caratteristica delle sostanze.
Materiale: acqua, tutte le sostanze utilizzate nella 1° esperienza e altre scelte dalla tabella dei pesi specifici.
Procedimento: 1. Verificare per ciascuna sostanza se galleggia o va a fondo nell’acqua e annotarlo in una
tabella in cui si inseriranno anche i relativi pesi specifici. 2. Confrontare il peso specifico dell’acqua con
quello delle sostanze impiegate.
2° ESPERIENZA: verifichiamo la relazione tra il peso specifico delle sostanze e il loro
galleggiamento
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Tabella 3
Sostanza Galleggia Va a fondo Peso specifico in g/cc
Acqua ……………….. …………….. 1
…………….. …………………. …………………. ……………….
………………… ………………… …………………. ……………………
…………………… ……………….. ………………… …………………..
……………….. …………………. …………………. …………………
Analisi dei risultati:
- dal confronto tra il peso specifico dell’acqua e quello delle altre sostanze, si trova qualche relazione
riguardo al galleggiare o l’andare a fondo di queste? Se sì, scriverla……………………...........................
………………………………………………………………………………………………………………….
4° FASE: “ ….una spinta a senso unico!”
Attraverso le attività svolte nella fase precedente, gli allievi hanno potuto verificare che un corpo immerso in
un liquido galleggia oppure affonda se il suo peso specifico è rispettivamente minore o maggiore di quello
del liquido considerato. L’esperienza comune insegna che se si cerca di affondare una palla nell’acqua
occorre “premere forte” per tenerla giù e, se si lascia la presa, la palla “schizzerà” fuori dall’acqua per poi
galleggiare. Tale comportamento mette in evidenza l’esistenza di una forza, esercitata dall’acqua, che spinge
i corpi verso l’alto. Facciamo verificare ai ragazzi l’esistenza di tali forze e se queste agiscono anche sui
corpi che affondano.
Materiale: filo elastico, acqua, becher graduato, cubetto di legno, bullone, sostegno, pennarello.
Procedimento: 1° caso. 1. fissare il filo elastico al sostegno e sospendere all’estremità libera il cubetto di
legno. 2. Introdurre il cubetto nel becher, a circa metà di questo, e segnarne con il pennarello l’altezza sul
vetro. 3. Aggiungere gradualmente acqua nel becher, osservare e descrivere cosa succede.
2° caso. Sostituire il cubetto di legno con il bullone e ripetere i passaggi del caso precedente facendo
attenzione che il bullone arrivi in fondo al becher senza toccarlo.
3° ESPERIENZA: “Quali forze agiscono su di un corpo immerso nell’acqua?”
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Analisi dei risultati:
- nel caso del cubetto, che cosa succede quando l’acqua comincia a bagnarlo?...................................................
- La forza peso viene, secondo, te contrastata?.....................................................................................................
- Se sì, da chi è esercitata e in quale direzione agisce?........................................................................................
- Questa forza, secondo te, è minore o maggiore del peso del cubetto?...............................................................
- Nel caso del bullone, che cosa osservi di diverso rispetto al caso precedente?.................................................
- Il bullone sale o rimane fermo?.........................................................................................................................
- Se il bullone sale un po’ significa che il suo peso è contrastato da una forza?.................................................
- Secondo te, se il bullone sale un po’ ma non galleggia, la forza che lo spinge verso l’alto è minore o
maggiore del suo peso?....................................................................................................................................
La riflessione sulle attività, svolte con l’esperienza illustrata, farà giungere alla conclusione che : un corpo
immerso nell’acqua, sia che galleggi o vada a fondo, riceve una spinta dal basso verso l'alto pari al peso
dell’acqua spostata.
Tale comportamento dei corpi è conosciuto come principio di Archimede e la spinta esercitata dall’acqua
prende il nome di spinta idrostatica o spinta di Archimede. Sarà la differenza tra il peso del corpo
immerso e la spinta di Archimede a determinarne il galleggiamento o l’affondamento. Il docente potrà
svolgere attività aggiuntive in cui far verificare agli allievi che le forze agenti nell’acqua esistono anche negli
altri liquidi e negli aeriformi e che in questi ultimi la spinta di Archimede prende il nome di spinta
aerostatica. Il principio di Archimede vale, quindi, per i fluidi (liquidi e aeriformi) ed è formulato come
segue: un corpo immerso in un fluido in equilibrio subisce una spinta diretta dal basso verso l'alto di
intensità pari al peso del volume del fluido spostato.
Per i gruppi di eccellenza si può tentare di fornire una spiegazione del fenomeno avvalendosi della
dimostrazione teorica data da Stevino nel 1586 e si possono anche affrontare alcune applicazioni del
principio di Archimede per determinare volume e densità di corpi irregolari attraverso la bilancia
idrostatica (figura 2).
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Figura 2
5° FASE: “Concettualizzazione e conclusione del percorso apprenditivo”.
Per fissare il percorso di apprendimento svolto dagli allievi, può risultare utile realizzare collettivamente una
mappa dei concetti, attività cui possono partecipare, se opportunamente guidati, anche i ragazzi svantaggiati
e quelli diversabili.
Mappa concettuale
Si forniscono, di seguito, alcuni materiali per l’approfondimento e la personalizzazione dei percorsi:
Da leggere:
- AA.VV., Il grande libro delle macchine,Arnoldo Mondadori Editore, Milano
Da vedere:
- LA MECCANICA (Serie Fisica e senso comune, ERI –LA NUOVA ITALIA)
UN CORPO IMMERSO IN UN
FLUIDO
ad es. legno o alluminio in
acqua
riceve dal fluido una
SPINTA VERSO L’ALTO
chiamata
SPINTA DI ARCHIMEDE
nell’acqua è chiamata
nell’ariaè
chiamata
SPINTA AEROSTATICA
SPINTA IDROSTATICA
ha un proprio
PESO che può essere maggiore, uguale
o minore della
è proporzionale
al
PESO SPECIFICO DEL
CORPOinsieme
determinano
IL GALLEGGIAMENTO / AFFONDAMENTO
ad es. il legnogalleggia in acquamentre l’alluminio
affonda
è determinato dal rapporto
tra
PESO E VOLUME DEL
CORPO
si misura in
N/m3
(nel S.I.) g/cc(correntemente)
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- LE SCIENZE FISICO –MATEMATICHE (Serie Gioia di conoscere, Istituto Geografico
De Agostini)
Su Internet:
- http://www.editscienza.it/sapere.links.html
Verifiche e Portfolio. Si propongono alcune esemplificazioni di prove, da somministrare in itinere,
per la verifica degli OSA e degli OF, individuati come significativi per gli alunni nel particolare contesto di
riferimento.
1.Descrivi le condizioni per cui un corpo immerso in un liquido:
- galleggia;
- va a fondo;
- rimane in equilibrio.
2. Quando un corpo è immerso nell’acqua riceve una spinta verso l’alto chiamata………………………
3. Indica con una crocetta se ciascun enunciato è vero o falso e, nel secondo caso, scrivi la risposta corretta.
a. La spinta verso l’alto che si esercita su di un corpo immerso in un liquido è dovuta alla
forza di gravità……………………………………………………………………………. V F
b. Un corpo galleggia nell’acqua se pesa meno dell’acqua che sposta……………………… V F
c. Un corpo affonda nell’acqua se è molto pesante………………………………………….. V F
d. Un corpo avente peso specifico minore del liquido in cui è immerso galleggia…………… V F
e. Il principio di Archimede vale solo per i solidi immersi nei liquidi……………………….. V F
1.Nonostante il peso, una nave galleggia: per quale motivo? Indica un esperimento che possa verificarlo.
2.Prova ad immergere, in un recipiente contenente acqua, tre cubetti del volume di 1 cm3, rispettivamente di:
rame (ps=0,9), carbone (ps=0,4), vetro (ps=2,5). Quali cubetti galleggiano e quali vanno a fondo? Spiegane
il motivo.
3.Sapresti spiegare a cosa serve il bruciatore posto al di sotto dell’involucro colorato di una mongolfiera?
Lo sai?
Lo sai fare?
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Per l’attestazione delle competenze apprese dagli allievi si farà riferimento sia allo svolgimento del compito
unitario in situazione che ad osservazioni sistematiche e altre tecniche qualitativo/narrative.
Si potranno inserire nel Portfolio dei materiali selezionati ad hoc e, comunque, utili a documentare i
progressi compiuti dagli allievi durante il loro percorso formativo.
Si fornisce una scheda di autovalutazione, mediante la quale l’allievo potrà fare il punto sulle abilità
conseguite alla fine dell’UA, e che potrà essere inserita nel Portfolio. Lo strumento consentirà all’insegnante
di individuare gli eventuali punti deboli nella preparazione dell’alunno e di intervenire, quindi, con attività
mirate di recupero.
SCHEDA DI AUTOVALUTAZIONE ALLA FINE DELL’UA
COGNOME NOME DATA
Fai il punto del tuo percorso di lavoroRiflettendo con sincerità su quanto appreso, segna le abilità in cui ti senti sicuro, parzialmente sicuro, totalmente
insicuro: S PS TI
Domande S PS T INel prevedere se un corpo immerso in un liquido galleggia o va a fondo, mi sento …Nel determinare il volume di un corpo immerso in un liquido, mi sento …Nel misurare il peso di un corpo con il dinamometro, mi sento …Nel calcolare il peso specifico di un corpo mediante il rapporto P/V,mi sento …Nel determinare quantitativamente la spinta di Archimede, mi sento …Nel risolvere matematicamente problemi sul galleggiamento , mi sento …Nell’ideare esperimenti per verificare ipotesi sul fenomeno del galleggiamento, mi sento …Nel distinguere la spinta aerostatica da quella idrostatica, mi sento …
Nel riconoscere le forze agenti in un fluido, mi sento …
Annarita Ruberto