Per un nuovo curricolo di “Scienze” per il Liceo Classico-

CHIMICA

Tra le “Indicazioni nazionali” dei nuovi ordinamenti e le proposte di LSS

Fabio Olmi-22 Ottobre 2012

• Necessaria premessa: tre considerazioni essenziali

• La prima considerazione da fare è l’intrinseca contraddizione delle “Indicazioni ..” nazionali del Nuovo Ordinamento dei Licei. Nelle “Linee generali e competenze” per le Scienze Naturali nel Liceo Classico si legge: “…Riveste un’importanza fondamentale la dimensione sperimentale…Il laboratorio è uno dei momenti più significativi in cui si esprime..Si individuerà quindi un nucleo essenziale di attività particolarmente significative..Tale dimensione rimane un aspetto irrinunciabile della formazione scientifica e una guida per tutto il percorso formativo..”

• Se si leggono poi i quadri orari si scopre che alle “Scienze naturali” (contenitore ottocentesco in cui si raccolgono tre ambiti disciplinari: biologia, chimica e scienze della Terra) si assegnano 66 ore/anno, pari a 2 ore/ settimana!! A fronte di una richiesta avanzata da tutte le Associazioni scientifiche nazionali (ANISN, AIF e DD/SCI) in accordo con la ricerca e la sperimentazione didattica più accreditata di uno spazio orario di almeno 99 ore/anno (3ore/settimana).

Si pone dunque la questione: in queste condizioni è possibile trovare un

modo accettabile per impostare un minimo di i/a scientifico adeguato e significativo in ordine alle competenze indicate? Si potrà fare poco, ma almeno cerchiamo di impiegare un metodo didattico non trasmissivo, nozionistico e passivo per l’allievo, per quanto possibile selezionando opportunamente i contenuti.

Da qui muovono le proposte del LSS.

• La seconda considerazione: ridurre il danno di un’insufficiente

disponibilità temporale ricorrendo a moduli didattici “compatti” costituiti da ore abbinate potendo così realizzare al loro interno un minimo di attività laboratoriale (essenzializzando i contenuti e ripensandoli completamente).

• Terza considerazione: nello sviluppo della disciplina impiegare una

metodologia didattica suggerita dalla moderna ricerca e sperimentazione costruttivista come quella veicolata attraverso LSS e fondata sui seguenti “momenti” essenziali:

• -costruzione di un opportuno contesto di senso da cui far scaturire una

• -adeguata problematizzazione dell’oggetto offerto all’apprendimento seguita da

• -formulazione di ipotesi e messa a punto di interventi per darne risposta attraverso

• -una costante pratica laboratoriale fondata sull’autonomo agire dell’allievo fino a giungere ad una

• -nuova concettualizzazione e una • -verbalizzazione (comunicazione) dei risultati discussa

e condivisa

• Concludendo: prima è necessario appropriarsi di un nuovo metodo di fare scuola, poi ripensare una serie di contenuti adeguati e significativi all’interno di una logica di curricolo verticale.

• Gli obiettivi (primo biennio) “Nel primo biennio prevale un approccio di tipo

fenomenologico, basato su (sperimentazione) osservazione-descrizione. Si introduce, in termini operativi e come premessa agli sviluppi successivi, il metodo sperimentale (!) nei suoi aspetti essenziali, con particolare attenzione (alla misura), all’uso delle unità di misura e ai criteri per la raccolta e la registrazione di dati”……”Lo studio della chimica comprende l’osservazione e descrizione di fenomeni e di reazioni semplici…”

• Concetti essenziali (primo biennio)

1- Dai materiali alle sostanze 2- Trasformazioni della materia (fisiche e chimiche), sostanze semplici e composte; leggi ponderali 3- Dal macro al micro: atomi e molecole 4- Il linguaggio della Chimica; il concetto di periodicità delle proprietà degli elementi 5- Sistema/ambiente; caratteristiche associate alle reazioni (velocità e scambi energetici)

• Concetti essenziali (triennio) -1(6) Atomi e cariche elettriche; primi modelli e teorie atomiche -2(7) Energie degli elettroni negli atomi e livelli energetici -3(8) Il concetto di elettronegatività, di numero di ossidazione e la tavola periodica moderna -4(9) La scrittura razionale delle formule dei composti inorganici; i fondamentali tipi di reazioni: acido/base e redox -5(10)Lo stato gassoso e le grandezze che lo caratterizzano; il concetto di mole -6(11) Legami tra gli atomi e loro tipi fondamentali; l’atomo di carbonio e alcuni tipi di composti organici

• Come costruire una sensata proposta di curricolo per il primo biennio per la chimica, la biologia e le Scienze della Terra?

• Tenendo conto quanto detto sopra, ripensati ed essenzializzati i contenuti, potremmo dare all’ipotesi di curricolo la seguente struttura a tre colonne:

• prima: Contesto di apprendimento e problematizzazione;

• seconda: conoscenze• terza: abilità

Contesto di apprendimento e

problematizzazione

Laboratorialità per conseguire

Conoscenze Abilità

-Siamo in grado di riconoscere materiali

facendo uso solo della vista?

-Quanti materiali sono stati riconosciuti in media da un gruppo di lavoro?

-con quali metodi possiamo riconoscere le caratteristiche dei materiali?

-siamo in grado di individuare la natura di alcuni metalli?

-Esame delle caratteristiche

di alcuni materiali

-Stati fisici della materia

-Misura di alcune grandezze

fondamentali e derivate (m,v,d)

-Sostanze pure e loro riconoscimento

attraverso la misura di grandezze caratteristiche

-Cambiamenti di stato e grandezze caratteristiche correlate (Tf, Teb)

-Esplora le proprietà macro-

scopiche di materiali solidi

e liquidi

-Riconosce i diversi stati fisici dei materiali

-misura m e v di diversi metalli, calcola la d e li riconosce attraverso questa

-sperimenta i diversi passaggi di stato determinando Tf e Teb

• Esempio….

Vediamo come si può affrontare l’introduzione al corso “Dai materiali alle sostanze” secondo la metodologia didattica indicata : iniziamo dalla costruzione di uno stimolante contesto di senso da cui far scaturire la problematizzazione..

Abbiamo preparato un centinaio di barattoli di vetro

numerati contenenti diversi materiali comuni e non comuni…Inseriamo al loro interno alcuni pezzetti di metalli…(vedi figg.)

• Consegna data agli alunni: Cercate di riconoscere un certo numero di

materiali di diversa origine e provenienza cercando di fornire una serie di attributi per ciascuno di essi (vietato stappare i barattoli!!)

Tempo: 20’ (esempi di risposte)

• Raccogliamo i risultati e riflettiamo…. (costruzione di una tabella e sua

discussione..)

• Possiamo trarre una prima conclusione… non siamo in grado di individuare la natura

dei corpi materiali attraverso il solo aspetto morfologico…(medie di riconoscimento 48-52%)

• Cosa possiamo ideare per arrivare allo scopo di riconoscere sicuramente un materiale? Partiamo da alcuni esempi di materiali “più semplici”…………

• Suggerimento… Nell’affrontare la questione dovremo tener

presente che abbiamo bisogno di passare da osservazioni soggettive a dati oggettivi. Cosa consente di passare dagli uni agli altri?....

- la misura di qualche caratteristica del materiale in esame (il concetto di grandezza da misurare non appartiene agli allievi a questo livello…). Quali potrebbero essere, per esempio?....la massa e il volume…

Proviamo a riconoscere alcuni metalli attraverso misure di massa e di volume…

• Discussione…abbiamo imparato a misurare masse e volumi, ma nessuna delle due grandezze da sola è in grado di caratterizzare un materiale..

• Se provassimo a tener costante il volume di un certo numero di campioni diversi cosa succederebbe della misura della loro massa?

• Lavoriamo ancora su alcuni campioni di metalli…(vedi)

• Ad esempio,dalle misure eseguite, otteniamo i seguenti valori (volume costante v= 2,2 cm3

• Campione 1- 16,9g/2,2 cm3 = 7,6(8) g/cm3• Campione 2- 15,6g/ idem = 7,0(9) g/cm3• Campione 3- 5,9g/ idem = 2,6(8) g/cm3

• Dalla consultazione dei valori presenti su alcune tabelle si ricava che : campione 1= ferro *, campione 2= zinco, campione 3= alluminio

• Ecc…. Abbiamo imparato come è possibile associare ad un materiale un numero, un valore oggettivo,che lo caratterizza…quello considerato si chiama densità, d

• Un materiale, come i metalli esaminati, costituisce una sostanza, anzi una sostanza semplice, un elemento. Si conoscono però anche sostanze composte, cioè formate da più elementi combinati tra loro come l’acqua, il marmo, il gesso, ecc. e anche queste si possono individuare attraverso la loro densità.

• Purtoppo però la natura …ci consegna poche sostanze, ma ci consegna soprattutto miscele e per ricavare da queste le sostanze dovremo imparare a separare vari tipi di miscele….

• La nostra indagine continua….. • Vediamo un possibile sviluppo del curricolo…

Contesto di apprendimento /problematizzazione

Conoscenze Abilità

-Siamo in grado di riconoscere materiali facendo uso solo della vista? [4]-Quanti materiali sono stati riconosciuti in media da un gruppo di lavoro?-con quali metodi possiamo riconoscere le caratteristiche dei materiali?-siamo in grado di individuare la natura di alcuni metalli?

-Esame delle caratteristiche di alcuni materiali -Stati fisici della materia-Misura di alcune grandezze fondamentali e derivate (m,v,d)-Sostanze pure e loro riconoscimentoattraverso la misura di grandezze caratteristiche -Cambiamenti di stato e grandezze caratteristiche correlate (Tf, Teb)

-Esplora le proprietà macro-scopiche di materiali solidi e liquidi-Riconosce i diversi stati fisici dei materiali-misura m e v di diversi metalli, calcola la d e li riconosce attraverso essa-sperimenta i diversi passaggi di stato determinando Tf e Teb

-La natura non ci fornisce in genere sostanze “pure” ma miscugli: con quali tecniche è possibile separare i diversi miscugli?Come si possono trasmettere agli altri le caratteristiche di una sostanza pura?

-Miscugli eterogenei e omogeneie metodi di separazione-Concetto di sostanza pura-Una soluzione è un miscuglio omogeneo; sue caratteristiche-Significato dei simboli di pericolosità delle sostanze.Frasi di Rischio R e Consigli di prudenza S

-Prepara miscugli e li separa utilizzando diverse tecniche (filtrazione, distillazione, separazione con imbuto sep.,..)-prepara alcune soluzioni esprimendo la loro concentrazione in termini di (m/m, m/v)-Sa interpretare q.b.l’etichetta del recipiente che contiene una sostanza.

• Primo anno

-Dall’esame di vari esempi di trasformazione della materia si possono individuare le modalità ricorrenti con cui avvengono da un punto di vista macroscopico e fenomenologico?-Le sostanze pure sono tutte dello stesso tipo?

-Trasformazioni della materia: trasformazioni fisiche e trasformazioni chimiche o reazioni-Reazioni di analisi e sintesi: sostanze semplici e composte

-Esegue diverse trasformazioni della materia e riconosce mediante criteri sperimentali quelle di tipo fisico da quelle di tipo chimico- Realizza reazioni di decomposizione o analisi (acqua, clorato di potassio) e di sintesi (polvere di rame e ossigeno,…) riconoscendo sostanze semplici e composte

Quando due sostanze semplici si combinano tra loro lo fanno rispettando qualche criterio invariante? Se sì quali?

-Le reazioni avvengono in un sistema che fa sempre i conti con l’ambiente che lo circonda-Legge di Lavoisier (1783): in una reazione chimica condotta in sistema chiuso la massa si conserva -Due elementi si combinano per formare un composto secondo un rapporto in peso definito e costante (legge di Proust, 1799)

-Esperimenta la costanza della massa nelle reazioni e il rapporto tra i pesi di combinazione costante tra elementi nella formazione di composti.

Dal macro al micro: come si formula l’ipotesi atomica di Dalton? Quali sono i suoi limiti? Come si possono interpretare microscopicamente le leggi ponderali della chimica?

-L’ipotesi atomica di Dalton (1808) e i suoi postulati.-Il concetto di atomo e di molecola secondo Dalton: limiti dell’ipotesi di Dalton-Interpretazione delle leggi della chimica in termini atomico-molecolari

-Espone l’ipotesi atomica di Dalton attraverso i suoi postulati e ne indica i limiti-Espone come si possono interpretare le leggi di Lavoisier e Proust con il modello atomico-molecolare

La scienza procede per leggi, modelli e teorie: qual è il significato di ciascun termine? Quali esempi si possono fare?

-Significato di modello nel senso comune e nella scienza, di legge fisica e teoria scientifica

-Riferisce il significato di modello scientifico, di legge fisica e teoria scientifica

L’interpretazione corretta della legge dei volumi di combinazione tra gas fu possibile solo con l’ipotesi di Avogadro (1811):in cosa consiste l’estensione del concetto di molecola daltoniano?

-Le reazioni tra gas e la legge di Gay-Lussac- L’ipotesi di Avogadro e l’interpretazione della legge di Gay-Lussac- l’estensione del concetto di molecola

-Riferisce il rapporto di combinazione tra gas almeno con due esempi-Espone l’ipotesi di Avogadro e la impiega per interpretare la legge di Gay-Lussac

Il linguaggio della chimica si precisa: come si possono scrivere formule di sostanze chimiche? Il lavoro di Cannizzaro sulle masse atomiche e molecolari e la scrittura corretta delle formule molecolari

-Il lavoro di Cannizzaro sulle masse atomiche e molecolari relative -la scrittura delle equazioni chimiche e delle formule molecolari

-Espone il lavoro di Cannizzaro e il significato di massa atomica e molecolare relativa- scrive corrette equazioni chimiche e formule molecolari

Con quale criterio si combinano tra loro gli atomi per formare composti binari?

-Il concetto di valenza e la scrittura dei composti binari-Metalli e non metalli-La prima parte della nomenclatura chimica tradizionale e IUPAC: i composti binari

-Espone il concetto di valenza- Scrive composti binari a partire dal nome -Nomina composti binari a partire dalla formula

-E’ possibile raccogliere i composti binari formati con il Cl o l’O secondo la valenza dell’elemento che li forma?-Come sfruttò questi composti Mendeleev per costruire la sua tavola periodica degli elementi?

-I composti binari secondo la valenza crescente dell’elemento che li forma-Il concetto di periodicità delle proprietà degli elementi e la tavola periodica di Mendeleev (1872)

-Ordina i composti binari secondo la valenza crescente dell’elemento che li forma-Espone il concetto di periodicità-Data la tavola periodica di Mendeleev ne spiega le caratteristiche e ne indica i limiti

Quando avviene una reazione c’è scambio di energia con l’ambiente?

-Le reazioni comportano sempre uno scambio di energia con l’ambiente

-Esegue reazioni eso ed endotermiche controllando la variazione della temperatura del sistema.

-Le reazioni avvengono tutte ad una stessa velocità?-Si può intervenire modificando la velocità di una reazione?

- Reazioni lente e veloci- Fattori da cui dipende la velocità di reazione

-Apprezza qualitativamente la differenza tra reazioni lente e veloci-Esperimenta alcuni fattori capaci di influenzare la velocità di una reazione: temperatura del sistema, superficie di contatto tra reagenti, diversa concentrazione di un reagente (NB.1)

Secondo biennio…..ecc.

Contesto di apprendimento / problematizzazione Conoscenze Abilità

E’ noto che nella materia sono presenti cariche elettriche: quali sono le caratteristiche di tali cariche? Con quale esperienze si possono evidenziare?

-L’elettrizzazione dei corpi-scarica in tubi a gas rarefatto e caratteristiche degli elettroni-l’elettrolisi del solfato di zinco e le cariche elettriche per atomo: gli ioni positivi

-spiega le caratteristiche degli elettroni avendo osservato e riflettuto su le esperienze di scarica in gas rarefatti-acquisisce il fatto che negli atomi (VEDI) sono presentiioni positivi

Come si può spiegare l’elettroneutralità degli atomi? Quali sono le prime ipotesi e teorie per spiegare la coesistenza nell’atomo di cariche negative e positive?

-L’elettroneutralità degli atomi e primi modelli della struttura atomica:-modello di Thomson -modello e teoria di Rutherford

-spiega l’elettroneutralità dell’atomo attraverso la presenza contemporanea al loro interno di cariche positive e negative-illustra caratteristiche e limiti del modello di Thomson -illustra caratteristiche e limiti del modello e della teoria di Rutherford