DESCRIZIONE DEL SENSO DELL’UNITÀ E DEL SUO INQUADRAMENTO

“Se il nostro mondo dovesse improvvisamente sparire, perché distrutto da un cataclisma, l’unico concetto col maggior numero di informazioni da tramandare ai posteri è questo: tutti gli oggetti sono formati da particelle piccolissime che si muovono in ogni direzione, senza mai fermarsi” - Richard Feynman

Il dualismo macroscopico/microscopico costituisce uno dei principali ostacoli cognitivi all’apprendimento delle scienze. La difficoltà nasce sia per la persistenza di nozioni legate a luoghi comuni, sia per la mancanza di una effettiva comprensione della natura particel-lare della materia. Tali difficoltà sono accentuate dal fatto che spesso i libri di testo e gli insegnanti stessi passano da un registro all’altro senza esplicitare il passaggio. Un modello particellare è un insieme di proposizioni di natura ipotetica, di congetture che permettono di interpretare e prevedere fenomeni di natura fisica e/o di natura chimica. Qualsiasi modello particellare comporta un’ipotesi fondamentale: l’esistenza di particelle come unità costi-tutive della materia. Inoltre, per essere operativo, il modello richiede altre ipotesi relative alle caratteristiche delle particelle, sia quelle intrinseche (forma, massa, dimensione, ecc.), sia quelle relazionali (disposizione delle particelle nello spazio, vincoli tra particelle, ecc.). Il modello è utile per rappresentare i sistemi prima e dopo una trasformazione (per studiare quindi gli stati del sistema) e anche per fare previsioni su fenomeni empirici. A seconda degli ambiti, fisico o chimico presi in considerazione, il tipo di particelle può essere diverso (mo-lecole, atomi, elettroni, ecc.) ma anche le caratteristiche delle stesse in termini di energia e di interazione tra le particelle.

Se si limita inizialmente il campo dei fenomeni a quelli fisici e si costruisce un modello sem-plice nel quale si può ricorrere unicamente all’idea di particella, sarà più semsem-plice per gli studenti appropriarsi del modello. Solo quando gli studenti padroneggeranno tale modello, sarà possibile allargare il campo empirico alle reazioni chimiche e chiedersi come debba essere modificato il primo modello per disporre di uno strumento utilizzabile sia per le tra-sformazioni fisiche che per quelle chimiche. In effetti, questi due tipi di tratra-sformazioni sono profondamente diversi dal punto di vista delle invarianti. Se nelle trasformazioni fisiche è l’identità della sostanza che si conserva, nelle reazioni chimiche le sostanze si trasformano ed è l’elemento l’invariante del fenomeno. È possibile portare gli allievi ad appropriarsi di questo criterio per distinguere i due tipi di trasformazioni solo dopo un lungo percorso che prevede la costruzione di molti concetti: sostanza, molecola, atomo, elemento, ecc.

L’unità qui proposta può essere sviluppata subito dopo aver indagato gli aspetti macrosco-pici della materia. Di solito questo si affronta al primo anno del biennio, nei primi mesi di lezione. Poiché i modelli macroscopico e microscopico della materia vengono affrontati con un approccio costruttivista, sono un ottimo strumento didattico per conoscere la classe, per stabilire le regole di partecipazione e per lavorare in assetto laboratoriale anche in aula.

Le attività proposte potranno essere costruite in classe come in laboratorio.

Nelle unità descritte si propone di guidare gli allievi nella costruzione del modello particellare, cosa profondamente diversa dall’esporre agli studenti lo stesso modello. Le attività propo-ste si limitano a studiare lo stato gassoso. Analoghe attività possono essere usate per gli altri stati della materia.

FASE DI AVVIO

Questa fase ha lo scopo di creare curiosità e interesse nello studente e motivarlo.

Si usa un’immagine, uno scritto, un video, una domanda stimolo per aprire il racconto.

Introduzione in forma di racconto per gli studenti:

Nel V° secolo a.C., nella Grecia antica, i filosofi De-mocrito e Aristotele proposero due concezioni dif-ferenti della struttura della materia.

Note per gli insegnanti

Democrito sosteneva che la struttura della materia fosse discontinua. Secondo la sua idea, dividendo un pezzetto di argento in porzioni sempre più̀ pic-cole, a un certo punto non si sarebbe più̀ potuto proseguire nella suddivisione. Si sarebbe ottenuto un pezzetto minuscolo non riducibile in pezzetti più̀

piccoli. Democrito, infatti, riteneva che l’argento, come tutti gli altri corpi, solidi, liquidi e gassosi, fos-se costituito di particelle minutissime, impossibili da vedere a occhio nudo, indivisibili e indeformabili.

Aristotele sosteneva che la materia non fosse costituita di particelle ma possedesse una struttu-ra continua e riempisse completamente lo spazio.

Riteneva quindi che la materia fosse estesa in lun-ghezza, larghezza e profondità̀ per cui occupava tutti gli spazi immaginabili. Dato che la materia per Aristotele era continua, essa era divisibile all’infini-to; quindi non esisteva un limite oltre il quale non si poteva più dividere.

Il docente pone quindi la seguente domanda sti-molo:

Con quale filosofo ti trovi in accordo e perché?

Il docente raccoglie le idee emerse e scrive alla la-vagna le motivazioni proposte dagli studenti. Sfrut-tando il legame con qualche risposta racconterà loro che gli scienziati (i filosofi della natura moderni) non si limitano a prendere atto di ciò che succede in natura, ma tentano di spiegare il mondo che ci circonda, proponendo meccanismi che permettano di comprendere le cause degli eventi.

In particolare, gli scienziati dicono che un corpo (una piccola porzione di materia) è costituito di particelle molto piccole. Tali particelle per un corpo puro assumono le seguenti proprietà:

Fra le due ipotesi ha prevalso quella di Aristotele e fino al XVII° secolo i “fi-losofi della natura” nella loro grande maggioranza hanno rifiutato l’esisten-za sia delle particelle indivisibili sia del vuoto (fino a quando Torricelli fece il suo esperimento)

1. una particella conserva sempre la propria forma, è indeformabile

2. una particella conserva sempre le proprie dimensioni

3. una particella occupa sempre la stessa quantità di spazio (ha sempre lo stesso volume)

4. una particella di un determinato tipo ha sempre la stessa quantità di materia, di-versa da quella di particelle di un altro tipo

Da un punto di vista storico, gli as-siomi corrispondono, almeno parzial-mente, alle proprietà che Dalton attri-buiva agli atomi

Può essere d’aiuto anche riflettere sul significato di modello in questo contesto specifico (è uno strumento interpretativo che consente di rap-presentare, mediante un determinato

Questi sono degli assiomi cioè dei principi certi per immediata evidenza e costituenti la base per una ulteriore ricerca.

Da ciò si può partire per costruire il modello parti-cellare.

linguaggio, la porzione di mondo a cui ci stiamo interessando, nonché di studiarne e prevederne il comporta-mento)