Prodotto realizzato con il contributo della Regione Toscana nell'ambito dell'azione regionale di sistema. Laboratori del Sapere Scientifico

Transcript

1 Prodotto realizzato con il contributo della Regione Toscana nell'ambito dell'azione regionale di sistema Laboratori del Sapere Scientifico 1

2 Forze e galleggiamento Scuola Secondaria di primo grado G. Mazzini, Livorno Laboratori del sapere scientifico classi seconde A.s

3 Collocazione nel curricolo verticale Dopo che si sia già introdotto il concetto di forza, questo percorso introduce gli alunni di una classe seconda alla contrapposizione delle forze come comprensione dei fenomeni di galleggiamento e del principio di Archimede tramite problematizzazione della realtà. 3

4 Obiettivi essenziali di apprendimento Sviluppare negli alunni le capacità di elaborare ipotesi sul fenomeno del galleggiamento come frutto di una linea di pensiero coerente con le osservazioni e ragionata Far sentire l importanza dell esperienza laboratoriale come spunto di riflessione e come conferma. 4

5 Approccio metodologico Costruire il sapere a partire dalla problematizzazione della realtà. Gli alunni sono gli artefici del loro sapere attraverso una metodologia laboratoriale. 5

6 Materiali impiegati - dinamometro; - cilindro graduato; - piccoli oggetti da pesare; - una pallina da ping-pong; - un cubetto di legno; - un panetto di pongo; - un appuntino metallico; - acqua; - alcool; - olio. 6

7 Ambiente di studio Tutto il percorso è stato sviluppato nelle ordinarie aule scolastiche. 7

8 Tempo impiegato a) per la messa a punto preliminare: 3 ore b) per la progettazione specifica e dettagliata nelle classi: 5 ore c) tempo-scuola di sviluppo del percorso: 12 ore d) per la documentazione: 12 ore 8

9 Classi coinvolte: -2 I -2 M -2 S Docenti impegnati: - Donatacci - Pini - Piombanti 9

10 DESCRIZIONE DEL PERCORSO DIDATTICO Il metodo laboratoriale si è sviluppato secondo le seguenti tappe: 1) osservazione 2) verbalizzazione scritta 3) discussione collettiva 4) concettualizzazione 5) produzione condivisa 10

11 Tutto il lavoro viene documentato sul quaderno, sul quale ogni alunno appunta le domande poste dall insegnante e le proprie risposte frutto del ragionamento personale. I risultati vengono poi confrontati e discussi in classe per arrivare ad una produzione condivisa. 11

12 Equilibrio Agli studenti viene fornito un oggetto e viene chiesto loro come si può determinarne il peso 12

13 Gli studenti determinano il peso dell oggetto per mezzo di un dinamometro 13

14 Viene chiesto agli alunni se l oggetto appeso alla molla è in equilibrio oppure no. 14

15 Gli studenti rispondono positivamente alla domanda 15

16 L insegnante chiede quali sono le forze applicate al corpo e come sono dirette Gli studenti individuano la forza peso diretta verso il basso e la forza della molla diretta verso l alto 16

17 Gli studenti rappresentano graficamente le forze che agiscono sul corpo per mezzo di vettori. Gli studenti intuiscono che il modo più significativo per rappresentare la forza è il vettore. 17

18 Ogni vettore è caratterizzato da: - punto di applicazione - direzione - verso - modulo 18

19 Si chiede agli studenti di spingere l oggetto verso l alto con la mano in modo che l allungamento della molla diminuisca ma che l oggetto possa rimanere ancora appeso. 19

20 20

21 Raggiunta la nuova situazione di equilibrio, l insegnante chiede perché la molla si è accorciata. 21

22 Gli studenti intuiscono che il peso del corpo non è diminuito. Si chiede quindi di rappresentare con vettori la nuova situazione di equilibrio. 22

23 23

24 Gli studenti convengono che la somma delle due forze dirette verso l alto (forza della molla e forza della mano) uguaglia in modulo la forza peso. E stato quindi possibile introdurre, in modo semplice, il concetto di somma di vettori paralleli. 24

25 Sul dinamometro si osserva che è possibile leggere la nuova misura in modo da dedurre la misura della forza esercitata dalla mano con un semplice calcolo. 25

26 Gli studenti intuiscono che per calcolare la forza esercitata dalla mano si deve sottrarre dalla misura della forza peso iniziale la misura della forza peso apparente, registrata quando l oggetto è premuto verso l alto con la mano. 26

27 Principio di Archimede 27

28 Si prende un cilindro graduato contenente dell acqua e si introduce nel recipiente un oggetto che si deposita sul fondo. 28

29 Viene chiesto ai ragazzi di descrivere quali cambiamenti hanno osservato. Molti studenti si sono limitati a dire che il corpo è andato a fondo, altri hanno notato anche che il livello dell acqua è aumentato. 29

30 L insegnante chiede agli studenti di spiegare in termini di forze perché l oggetto è andato a fondo. Chiede inoltre se l oggetto si trova in equilibrio mentre scende o quando si è depositato sul fondo. 30

31 Gli studenti rispondono che l oggetto non è in equilibrio durante la discesa perché è in moto mentre, una volta raggiunto il fondo del cilindro, l oggetto si ferma e quindi gli studenti intuiscono che si trova in stato di equilibrio. 31

32 Adesso viene appeso l oggetto al dinamometro e pesato. Lo stesso oggetto agganciato viene immerso completamente nell acqua contenuta nel cilindro graduato. 32

33 33

34 Gli studenti osservano che il corpo non galleggia e non affonda, ma è in equilibrio in una certa posizione all interno del recipiente. Il livello dell acqua è aumentato. Il valore indicato dal dinamometro è diminuito. 34

35 Si chiede ai ragazzi perché il dinamometro adesso segna un valore minore e se riescono a fare un analogia con la situazione precedentemente sperimentata in cui la mano spingeva l oggetto verso l alto. 35

36 Dopo discussione, confronto e alla fine condivisione gli studenti indicano nella spinta dell acqua sul corpo, verso l alto, la causa della diminuzione del valore indicato dal dinamometro. 36

37 L insegnante chiede in quale direzione è diretta la forza esercitata dall acqua sul corpo e se è possibile quantificarla. Questa forza viene chiamata forza di spinta, anzichè semplicemente spinta. 37

38 Vengono quindi presi due cilindri contenenti acqua, una pallina da pingpong e un cubetto di legno. Si premono verso il fondo del recipiente e si lasciano liberi: si osserva che galleggiano. 38

39 Si chiede ai ragazzi di descrivere che cosa accade. La pallina e il cubetto salgono fino a raggiungere la superficie dell acqua dove galleggiano. 39

40 Si chiede agli alunni che cosa ha permesso alla pallina e al cubetto di risalire fino in superficie. 40

41 Viene posta la domanda se i corpi siano in equilibrio quando risalgono o quando galleggiano e da quali forze dipende l equilibrio. Viene anche chiesto come si può determinare la forza di spinta che agisce sul corpo che galleggia. 41

42 Gli studenti deducono che esiste un equilibrio tra le forze di spinta ed il peso. Vengono guidati ad osservare come si pongono i due oggetti che galleggiano rispetto alla superficie del liquido. 42

43 La pallina da ping-pong è quasi del tutto fuori dall acqua mentre il cubetto di legno emerge per un terzo circa del suo volume. Gli alunni quindi, dal confronto, si rendono conto che l oggetto con peso specifico maggiore, cioè quello in cui il peso è più concentrato, cioè su un volume relativamente più piccolo, è maggiormente immerso. 43

44 Viene anche preso un appuntino di metallo e prima di lasciarlo cadere nel cilindro contenente acqua viene chiesto cosa accadrà. Ovviamente si deposita sul fondo. Gli alunni affermano che ciò avviene perché ha un peso specifico maggiore della pallina da ping pong e del legno. 44

45 Ma allora quale sarà il peso specifico per cui si passa dal galleggiamento all affondamento? Dopo alcune considerazioni, i ragazzi concludono che un materiale che in acqua non risale e non affonda, ma sta insieme all acqua è l acqua stessa! Cioè i materiali che risalgono in acqua sono quelli con peso specifico minore di quello dell acqua, quelli che affondano hanno un peso specifico maggiore dell acqua 45

46 Si ribadisce il risultato: i pesi specifici sono determinanti nel provocare l affondamento o la risalita di un corpo completamente immerso! 46

47 PERO POI L insegnante prende un panetto di pongo ed invita un alunno a farne una pallina. 47

48 La pallina poi viene immersa nell acqua e, come ipotizzato dagli alunni scende sul fondo del recipiente. 48

49 Viene ora chiesto ad un altro ragazzo di fare della pallina una specie di barchetta ed invitato ad ipotizzare che cosa potrebbe accadere. La barchetta rimane a galla. 49

50 I ragazzi quindi appurano che non è solo il p.s. a determinare il galleggiamento o la caduta a fondo ma anche la forma. La spinta di Archimede, agendo sulla superficie immersa, risente di come venga da essa diversamente spostata una maggiore quantità di liquido. Aumenta infatti il volume del liquido spostato dalla barchetta di pongo, mentre la sua massa è rimasta la stessa. L insegnante porta ad esempio le navi e dal confronto si ricavano le ragioni del galleggiamento di oggetti con peso specifico maggiore dell acqua, ma con una superficie di contatto con l acqua tale da spostare una quantità molto grande di liquido così da equilibrare il peso dell oggetto. 50

51 Determinazione della Spinta di Archimede 51

52 L esperienza di immersione di un peso viene ripetuta usando vari liquidi: - acqua - olio - alcool 52

53 I ragazzi costruiscono una tabella in cui riportano il tipo di liquido usato, il volume del liquido spostato e la forza applicata al corpo dal liquido. 53

54 54

55 Da questa tabella osserviamo che il corpo immerso nel liquido ha ricevuto una spinta dal basso verso l alto pari al peso del volume di liquido spostato. Questa spinta prende il nome di Spinta di Archimede. 55

56 Verifica degli apprendimenti Agli studenti vengono poste domande a cui rispondere oralmente o per scritto. 56

57 Esempi di domande Un corpo che ha p.s. minore dell acqua galleggia o va a fondo? E un corpo che ha un p.s. maggiore dell acqua? Un corpo galleggia nell acqua distillata ma non nell alcool. Cosa si può dire del suo p.s.? 57

58 A conclusione del percorso alcuni alunni hanno realizzato i seguenti cartelloni: 58

59 Risultati ottenuti Gli alunni hanno lavorato da veri protagonisti e da artefici del loro sapere attaverso la problematizzazione della realtà da parte del docente. Sono stati attenti ed interessati. 59

60 Anche gli alunni che durante le lezioni tradizionali si mostrano di solito distratti o poco interessati hanno partecipato attivamente alla discussione collettiva esprimendo liberamente le proprie idee e collaborando fattivamente con i compagni e con il docente. 60

61 Alla fine del percorso possiamo concludere che il lavoro ha avuto un riscontro positivo in tutte e tre le classi nelle quali è stato realizzato e che tutti gli obiettivi prefissati sono stati raggiunti in modo soddisfacente. 61

62 Conclusioni Il lavoro ha richiesto un impostazione metodologica diversa rispetto alla tradizionale trasmissione dei saperi ed ha richiesto tempo per la sua organizzazione. Gli alunni hanno partecipato attivamente alle conoscenze e alla costruzione del sapere tramite esperienze tangibili, sempre attraverso domande introduttive dell insegnante sui vari argomenti, evitando così di dare per scontati nozioni e concetti. 62

63 E stato quindi un percorso qualitativo che ha portato gli studenti alla sistematizzazione dei fenomeni presenti nella vita quotidiana e di cui hanno già fatto esperienza diretta. E stata sviluppata l attitudine alla ricerca diretta, cioè la capacità di porsi domande e svolgere osservazioni su come si manifestano le caratteristiche fisiche, senza farsi bloccare dalla fretta di avere subito le risposte sui motivi perché un certo fenomeno possa accadere. Fine della presentazione 63