In questa sezione sono trattati i concetti chiave di materiale, interazione e sistema.
Il concetto di materiale, cioè quello di cui sono fatti gli oggetti, viene introdotto attraverso esercizi di raggruppamento degli oggetti e descrizione delle loro proprietà.
Il possesso del concetto di interazione è in linea con lo sviluppo di una mentalità scientifica, poiché il descrivere cambiamenti in termini di evidenze, riproducibilità, causa-effetto è una delle principali attitudini scientifiche, che in aggiunta possono essere utili anche nell’analisi di altri ambiti.
Gli obiettivi sono:
L'unità didattica dedicata al concetto di sistema ha i seguenti obiettivi:
1. Di che cosa sono fatti questi oggetti? Formare gruppi di oggetti fatti dello stesso materiale.
I bambini ricevono un vassoio con una decina di oggetti formati da tanti materiali quanti sono i gruppi di bambini, scegliendo tra: vetro, legno, stoffa, gomma, gesso, plastica, metallo, carta, cera, legno, polistirolo, sughero, pietra ecc. Quindi raggruppano tali oggetti per materiali. La maestra chiede poi a ciascun gruppo di che cosa sono fatti gli oggetti raggruppati e raccoglie gli oggetti da tutti i gruppi per ciascun materiale, disponendoli in ordine al centro della classe. I bambini scrivono su dei cartoncini i nomi dei materiali da mettere davanti a ciascun gruppo di oggetti. Gli oggetti raggruppati per materiali saranno usati per il successivo esperimento 4 sul galleggiamento.
2. Il materiale dice di che cosa è fatto un oggetto
Si domanda ai bambini: quali materiali conoscete oltre quelli che avete qui davanti? Di che materiale è fatto il tavolo? Il tronco dell’albero? ecc.
3. I materiali si riconoscono per le loro proprietà
Quali sono le proprietà del legno? del vetro? ecc. Esistono materiali liquidi?
4. Quali materiali galleggiano nell’acqua?
Il test di galleggiamento, per ogni oggetto, va effettuato con un grande barattolo di vetro, immergendo gli oggetti al centro per poi lasciarli liberi di affondare o risalire a galla. Esistono materiali plastici che affondano ( PET, PVC, PS) e altri che galleggiano (PE, PP).
5. La solubilità è la proprietà di sciogliersi. Quali materiali presentano solubilità in acqua?
Provare con sale, zucchero, gessetto tritato, caffè, olio, aceto. Costruire tabelle delle diverse proprietà di questi sei materiali. Una materiale è solubile quando il liquido ottenuto rimane trasparente (soluzione). Il latte è una non soluzione perché non consente di leggere una scritta posta sotto la base del bicchiere di vetro che lo contiene. Anche mescolando acqua e olio si ottiene per qualche secondo un liquido non trasparente. I bambini potranno usare il test di trasparenza per riconoscere se c’è stata solubilità o se il solido si è semplicemente disperso nel liquido.
6. Quanti materiali metallici puoi trovare? Quali sono magnetici?
I bambini descrivono alcune proprietà che differenziano diversi metalli e quelle caratteristiche di tutti i metalli. Utilizzare oggetti di ferro, rame, piombo, alluminio, ottone, bronzo, argento, anche monete, ma non quelle da 1, 2 e 5 centesimi, che sono d’acciaio rivestito di rame e sono magnetiche pur sembrando di rame.
1. Quante e quali azioni può fare un oggetto o un materiale sull’altro?
Il vassoio di ciascun gruppo contiene: lana di ferro sottile, magnete, guscio d’uovo o pezzetto di marmo, succo di mirtillo o infuso di radicchio filtrato preparato in giornata, aceto, bicarbonato. Si possono unire materiali e oggetti solo a coppie.
Non è tanto importante che l’interazione sia realmente presente (possono esserci casi dubbi), quanto l’atteggiamento da parte dei bambini di portare prove che tale azione reciproca sia avvenuta.
È anche importate trovare esempi di non-interazione, cioè situazioni in cui i bambini stessi, non riscontrando evidenze (a loro giudizio), sostengono che non c’è cambiamento rilevante.
I bambini osservano accuratamente e scrivono i cambiamenti che si producono in entrambi i materiali o negli oggetti uniti. L’insegnante spiega che in tutti i casi c’è stata un’azione tra l’uno e l’altro oggetto o materiale, scrive la parola interazione, cioè “azione tra oggetti o materiali” per designare tutti questi casi.
L’insegnante fa altri esempi (con gesso/lavagna, matita/temperino, carta/matita, forbici/carta, termosifone/aria ecc.) chiedendo ogni volta se c’è interazione e perché (in base a quali cambiamenti nell’uno e nell’altro oggetto) e chiama evidenze dell’interazione questi cambiamenti. I bambini potranno anche parlare a casa di questa nuova “parola” e cercare altri esempi di interazione, scrivendoli sul quaderno.
2A. Riesci a far interagire la pila e la lampadina?
Da fare con pila da 4,5 V piatta e lampadina per albero di Natale esterno da 14 V.
2B. Riesci a far accendere la lampadina?
La maestra consegna una batteria, un filo e una lampadina (da fare con pila stilo o mezza torcia, lampadina piccola da 2,2 V e filo da 12 cm scoperto alle estremità).
3. C’è interazione tra BTB blu e aceto? Quali sono le evidenze dell’interazione?
4. C'è interazione fra la compressa e il BTB blu? Quali sono le evidenze dell’interazione?
5A. C'è interazione tra il respiro e il BTB blu? Quali sono le evidenze dell’interazione?
5B. Hai a disposizione una pompa per bicicletta e un bicchiere con BTB blu. C’è interazione tra l’aria e il BTB?
In questo caso non si avrà alcun cambiamento di colore. Si può chiedere se l’aria espirata ha qualche proprietà diversa da quella che entra nella pompa. I bambini possono capire che l’aria della pompa è la stessa che essi inspirano, ma che non è più la stessa quando la espirano, trasformata, attraverso la cannuccia e nel BTB. Un passo ulteriore è chiedere: dov’è avvenuto il cambiamento dell’aria? Cosa c’è stato tra aria “normale” e polmoni (o corpo umano)?
6. Quale barattolino contiene un pezzo di ferro?
A disposizione ci sono 4 barattolini porta-pellicole neri contenenti piccolissimi oggetti di metallo non magnetico, di cui solo uno è un chiodino da suole. Si può usare una calamita ma non aprire i barattoli. Il magnete e l’oggetto metallico devono essere scelti in modo che il secondo resti attratto dal magnete rimanendo sotto al tappo, mentre deve risultare impossibile sollevare tutto il barattolo con l’oggetto ferroso.
Le esperienze sull’interazione possono essere considerate come altrettante attività di esplorazione del concetto di sistema, pertanto si può partire direttamente dall’introduzione del nuovo concetto.
Le esperienze sull’interazione già svolte possono essere rievocate dalla maestra, anche mostrando gli oggetti già usati, per evidenziare che esiste sempre un gruppo di oggetti legati, insieme con altri oggetti che invece non prendono parte o non hanno relazioni importanti con i primi.
La maestra spiega che ogni volta che se degli oggetti possono interagire tra loro, essi formano un sistema. La pila il filo e la lampadina formano un sistema perché tali oggetti possono interagire o sono legati in modo tale da interagire.
Quindi richiede ai bambini di fare altri esempi, chiedendo al proponente quali oggetti o parti compongono il sistema proposto e agli altri bambini di dire se concordano con gli oggetti elencati o se pensano di includerne/escluderne qualcuno. Ogni insieme proposto dovrebbe essere denominato (per esempio: sistema fiamma, sistema elettrico, ecc.) e rappresentato, in fase di verbalizzazione, con una semplice mappa concettuale in cui le connessioni rappresentano elementari relazioni di appartenenza o funzione e i collegamenti trasversali indicano le interazioni tra gli elementi del sistema. L’associazione ambiente-organismo può essere considerata un sistema, così come l’alveare.
1. Come si fa a far interagire una candela accesa e il BTB blu posto sul fondo di un barattolo?
I bambini possono fare varie ipotesi che devono essere descritte come altrettanti sistemi diversi.
Il BTB cambierà colore solo se la candela brucerà nel barattolo chiuso. Si distinguono sistemi aperti e sistemi chiusi. Solo i primi permettono l’entrata e l’uscita di materiali, mentre i sistemi chiusi possono scambiare solo energia con il loro intorno. Si possono perciò far proporre altri esempi di sistemi aperti e di sistemi chiusi anche senza parlare di energia.
2. Eseguire un esperimento in cui il sistema "aceto-bicarbonato" è chiuso
A disposizione ci sono un sacchetto di plastica, un bicchiere con aceto e un cucchiaio di bicarbonato.
Due bambini possono mostrare alla classe come il bicarbonato interagisce con l’aceto in un bicchiere trasparente. Si descrive questo tipo di sistema aperto. Quindi i gruppi affrontano il problema di fare la stessa cosa in un sistema perfettamente chiuso. Una soluzione consiste nel mettere il bicarbonato nel sacchetto con mezzo bicchierino da caffè contenente aceto forte, e nel far interagire i due materiali solo quando il sacchetto sia stato ben sigillato con un laccio. In tal caso il sacchetto si gonfierà e diventerà duro.
3. L'insegnante consegna cinque cartoncini col nome di un animale e cinque cartoncini col nome di un ambiente. In quale ambiente vive ciascun animale?
4. Il sistema “prugna secca” (o il sistema fagiolo) è aperto o chiuso quando viene messo in acqua?
La prugna secca (se non snocciolata) dopo qualche ora in acqua si rigonfierà fino ad assumere la dimensione originaria. Nonostante la somiglianza con l’esperimento del sacchetto che si gonfia, questo sistema è aperto; il calo del livello dell’acqua esterna dimostrerà che tale materiale è entrato nel sistema. L’insieme "bicchiere, acqua e prugna" è invece un sistema chiuso.
5. Con acqua e farina formare un sistema “non-soluzione” e poi separare di nuovo l’acqua dalla farina bagnata.
6. Con acqua e sale formare un sistema “soluzione” e poi separare di nuovo il sale.
7. Con una bottiglia, un palloncino, aceto e bicarbonato, fare un sistema chiuso che fa gonfiare il palloncino. Il sistema è aperto o chiuso?