SCIENZA DELLA MATERIA E LABORATORIO

FINALITÀ DELL'INSEGNAMENTO

La disciplina Scienza della materia ha lo scopo di far acquisire agli studenti il metodo sperimentale, e per questo accorpa in un unico insegnamento contenuti di fisica e di chimica.

In passato, le due discipline erano prioritariamente, se non esclusivamente, volte a fornire conoscenze ritenute necessarie per vivere in una società che su tali conoscenze fonda il suo stesso sviluppo.

Oggi la finalità dell'insegnamento delle discipline scientifiche diventa invece quella di accostare lo studente alla metodologia scientifico-sperimentale: la loro analisi epistemologica ha indotto, infatti, ad abbandonare l'idea di suddividerle in base ai contenuti, individuando invece nella metodologia usata il criterio in base al quale differenziarle.

Con la Scienza della materia, quindi, si intende far acquisire non tanto una serie di nozioni, quanto quella metodologia sperimentale che è stata la chiave di volta dello sviluppo e dei successi recenti e che inoltre costituisce un habitus mentale produttivamente trasferibile ad altri contesti.

Nell'ottica sopra delineata, l'accorpamento di fisica e chimica si presenta come fatto naturale poiché, in particolare, non è pensabile di introdurre il metodo con tutte le sue sfaccettature in un biennio di scuola media superiore: si può solo prospettare la presentazione del metodo nei suoi tratti salienti e perciò comuni a tutti i capitoli delle conoscenze scientifiche a cui il metodo stesso si applica.

Ne consegue che i contenuti devono essere scelti non in base ad una loro improbabile importanza, né in base a una "equilibrata" suddivisione tra i vari capitoli facenti parte di tali discipline, ma tra quelli didatticamente più opportuni. Ciò vuole dire che la scelta deve cadere sui contenuti concettualmente più semplici, descrivibili con il minor numero di variabili, più facilmente sperimentabili da parte degli studenti e più vicini alla loro realtà quotidiana così come da loro stessi vissuta.

È opportuno, infine, sottolineare come le finalità metodologiche e non nozionistiche dell'insegnamento di Scienza della materia sono perseguibili solo attraverso un'intensa attività sperimentale svolta direttamente dagli studenti come vuole la moderna didattica da queste discipline.

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO

L'insegnamento della disciplina deve condurre lo studente a:

• sviluppare la capacità di acquisizione e di rielaborazione critica dell'informazione fornita dalla comunicazione scritta, orale e visiva;

• sviluppare la capacità di analisi, sintesi e rielaborazione delle informazioni desunte dall'osservazione e dalla sperimentazione;

• sviluppare le capacità di strutturazione logica delle conoscenze sperimentali;

• sapere avanzare ipotesi e saperne verificare la validità;

• comprendere i processi di sviluppo della scienza e i limiti di validità delle conoscenze scientifiche;

• contribuire ad acquisire un linguaggio corretto e sintetico;

• contribuire ad acquisire una visione organica della realtà;

• prendere coscienza dell'influenza del progresso scientifico sulla società, considerata nei vari aspetti economico, tecnologico, ambientale.

ARTICOLAZIONE DEI CONTENUTI

Tema 1. Proprietà della materia

• Osservazioni e misure fisiche. Alcune proprietà fisiche dei corpi e delle sostanze, lunghezza, superficie, volume, massa, densità, elasticità.

• Stati di aggregazione della materia: solidi, liquidi, aeriformi. Trasformazioni: grandezze che si conservano e grandezze che non si conservano.

• Forza come causa di deformazione. Forza elastica. Forza peso. Pressione.

• Effetti del raffreddamento e del riscaldamento: dilatazione termica e passaggi di stato. Introduzione ai concetti di temperatura e calore.

Tema 2. Energia e trasformazioni

• Sistemi di riferimento. Spostamento, velocità, accelerazione.

• Forza come causa di variazione della velocità: primo e secondo principio della dinamica. Forza come interazione tra corpi. Quantità di moto e sua conservazione. Interazione gravitazionale ed elettrostatica.

• Lavoro, energia potenziale, energia cinetica. Energia termica e sistemi di misura. Equivalenza lavoro-calore. Conservazione dell'energia. Trasformazioni energetiche, irreversibilità.

• Leggi dei gas e modello particellare della materia.

Tema 3. Sostanze e composti

• Dai miscugli alle sostanze pure. Definizioni operative e procedimenti sperimentali. Caratterizzazione delle sostanze.

• Trasformazioni chimiche e loro caratterizzazione qualitativa. Riproducibilità dei rapporti ponderali e conservazione della massa. Le reazioni come mezzo di riconoscimento e preparazione di composti e di elementi. Comportamento chimico e classificazione delle sostanze.

• Aspetti fenomenologici delle reazioni acido-base e ossido-riduzioni.

• Equilibrio chimico dal punto di vista fenomenologico. Fattori influenti sull'equilibrio chimico.

• Costanza di composizione e costituzione molecolare. Massa relativa di molecole e atomi. Formula chimica. Equazione chimica. Valenza. Il legame chimico con relazione di adiacenza tra gli atomi.

• Reazione acido-base e ossido-riduzione.

• Il carbonio. Catena di atomi. Isomeria. Gruppi funzionali.

Tema 4. Elettricità

• Corrente elettrica e differenza di potenziale. Passaggio di corrente nei solidi: conduttori ohmici e non-ohmici. Passaggio di corrente nei liquidi: elettrolisi.

• Effetti della corrente elettrica: effetto Joule, effetto magnetico.

• Magnetismo naturale e la sua interpretazione.

• Induzione elettromagnetica e la corrente alternata.

Tema 5. Radiazione luminosa

• Propagazione rettilinea della luce: riflessione e rifrazione.

• Fenomeni di diffrazione e interferenza. Propagazione delle onde sulla superficie di un liquido come modello della teoria ondulatoria della luce.

• Colore e lunghezza d'onda della luce. Spettroscopia.

Tema 6. Scienza, tecnologia e società

• Risorse materiali ed energetiche.

• Prodotti tecnologici (composti inorganici, materie plastiche, strumentazione elettronica, ecc.).

• Problema dello smaltimento dei rifiuti.

(Dai contenuti indicati in quest'ultimo tema saranno tratti alcuni spunti che -opportunamente inseriti dal docente nel corso dello svolgimento del programma- illustrino esemplarmente il contributo delle scienze sperimentali alla dinamica delle relazioni uomo-ambiente-tecnologia).

INDICAZIONI METODOLOGICHE

La metodologia sperimentale può essere perseguita solo attraverso una didattica basata sull'alternarsi di esercitazioni degli studenti in laboratorio con momenti di rielaborazione teorica.

L'esecuzione degli esperimenti in laboratorio e l'attività nel laboratorio di informatica vanno realizzati o singolarmente o a piccoli gruppi dagli studenti. Gli esperimenti devono avere carattere sia qualitativo che quantitativo. L'insegnante richiederà ai singoli studenti la stesura di una sintetica relazione scritta per ogni esercitazione di laboratorio.

All'attività di laboratorio degli studenti deve essere dedicato circa il 30% del tempo a disposizione.

Lo svolgimento di esercizi e problemi costituirà un utile momento di riflessione sull'attività svolta.

Nello sviluppare il programma, nello scegliere l’itinerario e le esercitazioni, il docente deve tenere conto, in particolare, delle indicazioni che pervengono dalla pedagogia della scienza in riferimento al problema delle preconoscenze presenti negli studenti.

Infine, nel progettare il proprio piano di lavoro il docente deve avere ben presente la propedeuticità dei vari argomenti onde evitare nell'itinerario didattico vengano utilizzati concetti non ancora introdotti e non ancora chiaramente acquisiti da parte degli studenti.

MODALITÀ DI VERIFICA E DI VALUTAZIONE

Costituiscono forme di verifica a fine formativo e sommativo, oltre alle consuete prove orali, anche prove oggettive opportunamente predisposte dall'insegnante, nonché le relazioni individuali presentate dagli studenti sugli esperimenti effettuati e sull'attività svolta nel laboratorio di informatica. Dato il carattere sperimentale della disciplina, si deve prevedere un'accurata valutazione delle capacità e delle abilità connesse con l'esecuzione degli esperimenti, rivolgendo l'attenzione al processo più che ai risultati.