I gas

Unità Didattica:Unità Didattica:I GasI Gas

Specializzando:Specializzando:

Gianluca BarrecaGianluca BarrecaSupervisoreProf.ssa Stella Bertuglia

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PALERMO UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PALERMO S.I.S.S.I.SS.I.S.S.I.S. .

Scuola Interuniversitaria Siciliana di Specializzazione per l'Insegnamento Scuola Interuniversitaria Siciliana di Specializzazione per l'Insegnamento SecondarioSecondario

XI ciclo - Indirizzo: Scienze Naturali A60XI ciclo - Indirizzo: Scienze Naturali A60

TargetSi tratta di una quarta classe del liceo scientifico Galileo Galilei, composta da 20 alunni. La scuola è ubicata in una zona residenziale, il livello socio economico è medio alto. Presenta una bassa dispersione scolastica (circa il 10%) ed un livello socio-culturale medio/alto. Tali aspetti fanno sì che l’Istituto sia classificato come una scuola non a rischio. Stabiliti per la valutazione della prova d'ingresso, quattro livelli (A, B, C, D) e senza tenere conto delle risposte errate e non date. Dai test d'ingresso, si sono ottenuti i seguenti risultati: livello A 20%, B 50%, C 20%, D 10%.

PrerequisitiPrerequisiti minimiSaper analizzare un testo scientificoPrerequisiti specificiConoscere la differenza tra le grandezze estensive e le grandezze intensive;Possedere il concetto di forza del legame chimico;Possedere il concetto di superficie;Possedere il concetto di volume;Possedere il concetto di densità;Possedere il concetto di massa;Possedere il concetto di temperatura;Saper riportare valori numerici sperimentali in un sistema di assi cartesiani;Conoscere gli stati di aggregazione della materia e le forze intermolecolari tra le molecole (Forze dipolo-dipolo, legame ad idrogeno, forze di Van der Waals).

L’analisi e l’eventuale recupero dei prerequisiti saranno realizzati, durante la prima fase del percorso didattico, attraverso: lezione partecipata, semplici domande a risposta aperta e chiusa (test d'ingresso).

Verifica dei prerequisitiVERIFICA DEI PREREQUISITI

1 Leggi attentamente il brano seguente e rispondi alla domandaNel linguaggio corrente si dice comunque che una data sostanza "è un gas" quando la sua temperatura di ebollizione è molto al di sotto della temperatura ambiente, cioè quando si trova normalmente allo stato di gas sulla Terra. Per esempio è normale dire che "il metano è un gas mentre il ferro non lo è", sebbene il metano possa benissimo trovarsi allo stato liquido (raffreddato al di sotto di -161 °C) e il ferro allo stato gassoso (riscaldato oltre i 2750 °C). Come può essere definito un gas nel linguaggio comune?

2 Le particelle nello stato aeriforme:sono sottoposte a notevoli forze attrattive;sono molto vicine e si dispongono in una struttura ordinata;possono solo oscillare;hanno la massima libertà di movimento entrando in collisione tra loro e con il recipiente che le contiene.

3 Cos'è la massa di un corpo?• la forza con cui cade al suolo;• la forza che lo attrae verso il centro della terra;• la quantità di materia in esso contenuta;• una forma di energia.


4 Il volume di un corpo è: la massa contenuta; lo spazio reale da esso occupato; la quantità di materia per unità di superficie; il prodotto della massa per la densità.

5 Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false: la temperatura misura l'intensità di calore; la temperatura misura la quantità di calore; la temperatura indica la direzione di trasferimento del calore; il calore si trasferisce dal corpo a temperatura più bassa a quello a temperatura più alta; due corpi a temperatura diversa messi a contatto raggiungono la stessa temperatura.

6 Quale delle seguenti relazioni rappresenta la densità di un corpo? d = V/m d = m/V d = m x V d = k x m


7 Con i seguenti dati sperimentali costruisci il grafico con l'ausilio della carta millimetrata:

8 Che cos'è la forza?Una grandezza vettoriale definita dal prodotto della massa per l'accelerazione;La misura della velocità dei corpi;La misura della capacità di sollevare un corpo;La misura del vento.

MASSA (g) Volume (cm3)

22.30 2.50

19.14 2.15

12.96 1.45

Griglia per la valutazione dei prerequisitiDomanda Risposta Punteggio Risp. non Data Risp. errata

Tot. Risp. Esatta

Prer. m

inimi

1 1 4 0 5

Prerequisiti specifici

2 1 1 0 -0,5 1

3 1 1 0 -0,5 1

4

1 0,2 0 -0,1

1

1 0,2 0 -0,1

1 0,2 0 -0,1

1 0,2 0 -0,1

1 0,2 0 -0,1

5 1 1 0 -0,5 1

6 5 1 0 1

7 1 1 0 -0,5 1

Griglia per la valutazione dei prerequisitiPrerequisiti minimi Prerequisiti specifici

Alunno1 2 Tot. 2 3 4 5 6 7

Tot.TOT.

A

B

C

…

Saranno previste attività di riequilibrio (≤ 5) o di consolidamento (5,1 – 10)

La presente tabella di valutazione, sarà accompagnata da un grafico esplicativo che mostrerà la condizione didattica iniziale del gruppo classe.

Obiettivi

1 Obiettivi di conoscenza:saper descrivere le principali proprietà fisiche dei gas;saper spiegare il concetto di pressione e le unità di misura con cui la pressione viene espressa;saper illustrare le leggi dei gas.

2 Obiettivi di abilitàsaper eseguire letture di pressione atmosferica;saper risolvere semplici problemi di applicazione delle leggi dei gas;saper rappresentare graficamente le leggi dei gas.

Contenuti

L'unità di apprendimento “i gas” si inserisce nell'ambito della tematica “gli stati della materia”. Occorre evidenziare che nell'ambito dello stato gassoso le risultane delle leggi di Avogadro, di Boyle e di Charles, oltre a costituire una conferma della teoria cinetica-corpuscolare della materia, permettono di ricavare l'equazione di un gas ideale. La legge di Dalton delle pressioni parziali e la legge di Graham sulla diffusione dei gas completano la trattazione dello stato gassoso.

ContenutiDi seguito ecco riportati in dettaglio gli argomenti che verranno trattati nell'ambito della presente U.D.:

La teoria cinetica dei gas.La pressione dei gas;Legge di Boyle;Legge di Charles;Legge dei volumi di combinazione di Gay Lussac;Legge di Avogadro;Legge di un gas ideale;La costante R dei gas;Legge di Dalton delle pressioni parziali;Diffusione dei gas: legge di Graham.

Per quanto riguarda la teoria cinetica dei gas verrà evidenziato che:

Le molecole dei gas si muovono rapidamente, continuamente ed in modo disordinato in tutte le direzioni;Le forze di attrazione tra le molecole dei gas ideali sono trascurabili;Le molecole che costituiscono i gas ideali sono piccolissime e molto distanti tra loro;L'energia cinetica media delle molecole di un gas è direttamente proporzionale alla temperatura;Le molecole dei gas collidono tra loro e con le pareti del contenitore in modo elastico, cioè senza perdita di energia per effetto dell'urto.

Contenuti

Verrà dunque introdotto il concetto di pressione definendola come la forza (F) esercitata sull'unità di superficie (S). Verrà definito il funzionamento del barometro di Torricelli e successivamente sarà introdotta l'unità di misura della pressione nel SI, cioè il pascal (Pa), e le sue relazioni con le altre unità pratiche di pressione come il bar e l'atmosfera standard (atm). I ragazzi saranno anche protagonisti in un laboratorio pratico ed effettueranno personalmente delle misure di pressione.A questo punto verranno introdotte le varie leggi dei gas cominciando dalla legge di Boyle che spiega la relazione tra la pressione di un gas ed il suo volume, saranno proposti anche dei semplici esercizi per favorire l'apprendimento. Verrà introdotta anche l'interpretazione molecolare della legge di Boyle: “a temperatura e moli costanti, se il volume del gas diminuisce, gli urti delle molecole sulle pareti del contenitore aumentano e dunque la pressione aumenta. La seconda legge proposta sarà quella di Charles che spiega la relazione tra la temperatura di un gas ed il suo volume.

ContenutiVerrà a questo punto presentata la legge dei gas ideali, partendo dalle tre leggi precedentemente spiegate (Avogadro, Boyle e Charles già presentate):

PV=nRTdove P = alla Pressione; V = al volume, n = numero di moli; T = alla temperatura assoluta. Dopo aver spiegato il significato della costante R dei Gas verrano somministrati alcuni esercizi ai ragazzi. A questo punto verranno spiegate altre due leggi: la legge di Dalton delle pressioni parziali e la legge di diffusione dei gas o legge di Graham. Con la prima si cercherà di far comprendere il concetto di pressioni parziali dei gas, ogni gas, quindi, in una miscela, contribuisce con la sua pressione parziale alla pressione totale. Con la seconda legge si cercherà di far comprendere come mai tutte le sostanze gassose non diffondono con la stessa velocità

Contenuti

E' da sottolineare il fatto che il docente si soffermerà più volte sul fatto che le leggi dei gas sono valide in quanto si considerano i gas ideali, nella realtà infatti i gas presentano delle deviazioni dal comportamento ideale tanto maggiori quanto più è elevata la pressione e quanto più bassa è la temperatura, in queste condizioni, le attrazioni intermolecolari non sono trascurabili. Tuttavia la problematica dei gas reali non verrà affrontata in quanto il docente la ritiene troppo complessa per i ragazzi di un liceo.

MetodologieAl fine di compiere un buon lavoro didattico è necessario che siano adottate delle metodologie didattiche tali da porre l’allievo al centro del processo d’insegnamento/apprendimento.Per questo motivo l’unità didattica verrà impostata sull’interazione con gli alunni. A tal fine si farà ricorso a tecniche di: Didattica con l'ausilio della lavagna: Questa metodologia è stata adottata con lo scopo di motivare e coinvolgere maggiormente gli allievi. In particolare, gli argomenti trattati con l'ausilio della lavagna, saranno affrontati con maggior chiarezza rispetto ad un sussidio multimediale che rischierebbe di far perdere la concentrazione e di far affrontare le problematiche con troppa fretta e poca chiarezza. La didattica alla lavagna risulta inoltre estremamente importante nell'applicazione dei concetti espressi tramite esercizi di riepilogo, favorendo anche l'interazione insegnante – alunno;Laboratorio esperienziale: per stimolare l'apprendimento delle leggi sui gas. L’impostazione metodologica della lezione frontale si adatterà alla struttura scientifica dell’argomento secondo questo schema generale: Esposizione dei contenuti e comprensione per mezzo di esercizi alla lavagna;Riepilogo generale;Fase di ampliamento delle conoscenze acquisite attraverso consultazione del libro di testo e di esercizi da svolgere a casa. In una seconda fase si farà una semplice esperienza da condurre nel laboratorio di scienze. Tale laboratorio ha lo scopo di far conoscere le grandezze fisiche dei gas. Gli alunni effettueranno delle misure di pressione, le relazioneranno con il volume e successivamente con la temperatura rappresentando il tutto in un sistema di assi cartesiani (Volume vs pressione) e (Temperatura vs pressione).

StrumentiPer la realizzazione dell'Unità Didattica si utilizzeranno i seguenti materiali di supporto: libro di testo;lavagna;manometro ad U;schede per il laboratorio;carta millimetrata;PCPer l’esecuzione e la realizzazione pratica delle lezioni si avrà bisogno: dell'aula;del laboratorio di scienze.

TempiIl test d'ingresso sarà somministrato nel corso del primo incontro di un ora. La prima mezz'ora verrà dedicata alla somministrazione del test, l'altra mezz'ora verrà dedicata al recupero dei prerequisiti;Saranno successivamente svolte due lezioni frontali per un totale di tre ore, alla lavagna verranno risolti anche degli esercizi;Due ore verranno dedicate al laboratorio sulle misure di pressione con il manometro;L'ultima ora verrà dedicata alla verifica finale.L'unità didattica avrà dunque una durata complessiva di 7 ore che saranno svolte nell'arco di due settimane.

Modalità operative

Primo incontro (un'ora) – Verifica prerequisiti Nel corso del primo incontro, prima di introdurre la nuova unità didattica, verrà svolta una verifica, attraverso una discussione in classe ed un test d’ingresso, dei prerequisiti che gli alunni devono possedere al fine di poter comprendere gli argomenti che verranno affrontati successivamente. In questo modo verrà analizzata la situazione di partenza della classe. Si effettueranno anche delle domande stimolo del tipo: quali sono le principali grandezze fisico - chimiche? Come è composta l'atmosfera? Che strumenti di misura conoscete? (si cercherà infatti di mantenere sempre il riferimento alla vita quotidiana). Si passerà, quindi, al commento delle risposte e delle osservazioni degli alunni; successivamente s’illustrerà il contenuto dell'unità didattica avvalendosi del libro di testo (Paolo Pistarà – la chimica ed. Atlas anno 2007).Dopo aver verificato il possesso dei prerequisiti o ripreso alcuni concetti che risultano meno chiari, verranno introdotte di volta in volta delle conoscenze nuove.

Modalità operativeSecondo incontro (due ore) Lezione frontaleQuesta sarà una classica lezione frontale. Saranno affrontate le seguenti problematiche con l'ausilio della lavagna:La teoria cinetica dei gas;La pressione dei gas;Legge di Boyle;Legge di Charles.Attraverso gli esercizi alla lavagna gli alunni saranno coinvolti e stimolati all'apprendimento.

Terzo incontro (due ore) Lezione frontaleQuesta sarà una classica lezione frontale. Saranno affrontate le seguenti problematiche con l'ausilio della lavagna:Legge di un gas ideale;La costante R dei gas;Legge di Dalton delle pressioni parziali;Diffusione dei gas: legge di Graham;riepilogo finale.Attraverso gli esercizi alla lavagna gli alunni saranno coinvolti e stimolati all'apprendimento.

Modalità operativeQuarto incontro (due ore) Laboratorio esperienzialeIl quarto incontro sarà dedicato ad un laboratorio esperenziale. I ragazzi effettueranno misure di pressione con il manometro di vetro con tubo ad U. L'estremità del manometro sarà collegata al contenitore del gas di cui si vuole misurare la pressione. Inoltre saranno variati il volume del contenitore e la temperatura del gas contenuto. I ragazzi potranno così relazionare la pressione alla temperatura ed al volume. Ai ragazzi verranno fornite delle schede di laboratorio contenenti la seguente tabella da compilare:

Pressione misurata (in Pa) Temperatura (in K) Volume (in ml)

Successivamente i ragazzi riporteranno individualmente i grafici (pressione vs temperatura) e (pressione vs volume) con l'utilizzo della carta millimetrata o, se resterà del tempo, con l'ausilio di excel.

Modalità operative

Quinto incontro (un'ora) Test finaleVerrà somministrato un test finale per verificare i raggiungimento degli obiettivi.

Collegamenti con altre discipline

Questa unità didattica permette collegamenti trasversali con la fisica e la matematica.Sono frequenti anche i collegamenti con la geografia astronomica ed in particolare con l'unità didattica dedicata alla meteorologia che verrà introdotta l'anno venturo.

Verifica e valutazione

Per evitare l'insuccesso scolastico, sarà pianificato un percorso formativo che consenta di individuare le difficoltà e di intervenire sulla classe e sul singolo alunno. Una prima verifica sarà posta in itinere, ad esempio ponendo delle domande volanti alla fine della lezione, per accertare subito se l'azione didattica sia stata efficace. L'insegnante avrà a disposizione due tipologie di prove:le prove formative, che non implicano un giudizio sull'individuo perché l'errore è solo l'accertamento sulle conoscenze e sulle abilità raggiunte dallo studente, servono sia all'insegnante sia all'alunno per rilevare le carenze ed il modo più opportuno per superarlele prove sommative che hanno invece il compito di rilevare il livello finale delle prestazioni.

Verifica e valutazione

La valutazione relativa a tale unità didattica avrà lo scopo di accertare il raggiungimento degli obiettivi prefissati da parte degli allievi alla fine del percorso. Inoltre consentirà, in relazione ai risultati ottenuti, di proseguire con la successiva unità didattica o di attuare degli interventi di recupero o consolidamento degli apprendimenti, utilizzando strategie e metodi diversi da quelli adottati precedentemente. La verifica verrà tramite un test di cui si riportano le domande tipo:

1 Completa la seguente affermazione: Secondo la teoria cinetica i gas sono costituiti da .............................................. piccolissime che presentano debolissime forze di .............................................. e sono sottoposte a ............................................ sia tra di loro che con il contenitore.

Verifica e valutazione2 La pressione viene definita come:

il prodotto di una forza per una superficieil rapporto tra una forza e l'unità di superficieil rapporto tra una superficie e la messa di un corpoil rapporto tra una superficie e la sua massa

3 La legge di Boyle mette in relazione:la pressione e la temperatura di un gasil volume e la temperatura di un gasla pressione ed il volume di un gasil volume ed il numero di moli di un gas

4 Dati due gas, l'idrogeno d=0.09 g/l e cloro d= 3.22 g/l, quale diffonderà con maggiore velocità? 5 Calcola le moli e le molecole di gas contenute in un recipiente di 150 l ad 1 atm e 30°C.

6 Calcola il volume in litri di 50.4 g di N2 alla temperatura di 25°C ed alla pressione di 100 atm.

7 Una bombola del volume di 10 l contiene ossigeno alla pressione di 160 atm. Nella stesse condizioni di temperatura, regolando l'uscita del gas alla pressione atmosferica, quanti litri di ossigeno si ottengono?

8 Un campione di aria contenuto, a pressione costante, in un recipiente con pistone scorrevole, viene scaldato da 10 a 30°C. Quale comportamento relativo al volume del gas è prevedibile?

aumento di volume;diminuzione del volume;triplicazione del volume;riduzione ad un terzo del suo volume.

Verifica e valutazione Per misurare i risultati della verifica scritta, la trasformazione dei punteggi grezzi in voti, ottenuti dagli studenti, sarà eseguita adottando un criterio semplice ma valido: il punteggio conseguito sarà riportato a 100. Ad esempio se il punteggio della prova sarà 36, e lo studente realizza 27 punti, il suo punteggio sarà 75%. Una volta che tutti i punteggi saranno espressi in percento, sarà l'insegnante, a seconda della rispondenza della classe, ad assegnare il voto in decimi.Inoltre verrà esaminato anche il lavoro del laboratorio. La chimica è infatti una disciplina che, per la sua natura sperimentale, comporta un impegno pratico; lo sviluppo delle abilità operative deve accompagnare la crescita delle abilità logiche e pertanto figurare tra gli obiettivi. L'attività di laboratorio svolta dagli studenti sarà valutata in base a diversi criteri:valutazione basata sull'ispezione delle schede e sui quaderni;valutazione basata sui risultati dell'esperienza;valutazione basata sulle abilità operative

ValutazioneSaranno previste attività di recupero (≤ 6) o di approfondimento (6,1 – 10)La tabella Griglia di valutazione complessiva, sarà accompagnata da un grafico esplicativo che mostrerà la condizione didattica del gruppo classe alla fine dell’Unità didattica.

GRIGLIA DI VALUTAZIONE COMPLESSIVA

GRIGLIA DI VALUTAZIONE

Prerequisiti Obiettivi Interesse mostrato Comportamento

domande domande livello livello

Alunno Tot. Tot. Tot. Tot. TOT.

AA

BB

CC

…

Valutazione


Il comportamento verrà valutato sulla base alla “Tabella di valutazione del comportamento” esplicata in seguito. I tre livelli di giudizio verranno valutati singolarmente in modo da evidenziare il miglioramento ottenuto dal livello iniziale dei prerequisiti a quello finale riguardante gli obiettivi. Il comportamento darà una stima del livello di partecipazione e dell’impegno del singolo studente.I tre livelli di giudizio verranno accorpati in un voto finale espresso in decimi.

Valutazione del comportamento


Comportamenti Livelli Voto in decimi

Partecipazione: costruttivaImpegno: notevoleMetodo: elaborativo

A 9-10

Partecipazione: attivaImpegno: notevoleMetodo: organizzato

B 8

Partecipazione: recettivaImpegno: soddisfacenteMetodo: organizzato

C 7

Partecipazione: da sollecitareImpegno: accettabileMetodo: non sempre organizzato

D 6

Partecipazione: dispersivaImpegno: discontinuoMetodo: mnemonico

E 5

Partecipazione: opportunisticaImpegno: deboleMetodo: ripetitivo

F 3-4

Partecipazione: di disturboImpegno: nullo Metodo: disorganizzato

G 2

Attività di recupero e potenziamento


L’attività di recupero verrà svolta nel momento in cui il raggiungimento degli obiettivi sia stato solo parziale. Gli studenti che andranno incontro ad un insuccesso possono essere suddivisi in due categorie:studenti che hanno la capacità ma non studiano, occorrerà trovare delle strategie motivazionali;studenti che incontrano difficoltà, occorrerà adottare delle tecniche differenti da quelle utilizzate nel primo approccio con l'intera classe.

Ovviamente si esorteranno gli studenti a chiedere chiarimenti e spiegazioni ogni volta che lo ritengano opportuno. Mentre alcuni ragazzi fanno il recupero, gli altri si cimenteranno nel lavoro di approfondimento che sarà utile anche per i recuperandi in quanto saranno successivamente aiutati dai loro compagni. In questo modo si eviterà il rischio di annoiare coloro che hanno raggiunto gli obiettivi previsti, che, al contrario, saranno stimolati ad affrontare un nuovo argomento e responsabilizzati a guidare successivamente i compagni.

Attività di recupero e potenziamento


Dopo aver effettuato il recupero, i ragazzi che avranno raggiunto gli obiettivi previsti e che avranno cominciato l’approfondimento saranno impegnati a svolgere il ruolo di sostegno nei confronti dei compagni che nel frattempo avranno recuperato. Tutto ciò servirà a creare un gruppo eterogeneo, evitando l'esclusione dei meno lodevoli e cercando di sviluppare nei ragazzi il senso della responsabilità, dando ad essi compiti ben precisi, ma allo stesso tempo incrementando la socializzazione tra i compagni. E' da sottolineare il fatto che l'insegnante intende premiare gli studenti lodevoli che saranno così sempre più stimolati all'apprendimento delle scienze.

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