Percorso didattico

Le due classi riunite di 41 allievi sono state divise in 4 gruppi (A, B, C, D), con il compito di studiare l'aria sulla base di un percorso tracciato attraverso delle schede guidate.

Per le fasi sperimentali del lavoro (pomeridiano) sono stati impiegati 3 pomeriggi da due ore l'uno, a distanza di diverse settimane tra una unità e l'altra. Per la realizzazione dei test, delle riflessioni e delle verbalizzazioni necessarie, le insegnanti di scienze, nelle proprie classi, hanno utilizzato altro tempo.

1° GIORNO

1ª DIMOSTRAZIONE: aspirazione dell'aria dalla beuta

Dalla beuta è stata tolta metà dell’aria. Ovviamente non è possibile vedere l’aria, ma si può sentire, ad esempio, il soffio che essa produce rientrando nella beuta.
Immaginiamo ugualmente di possedere degli occhiali “magici” che consentano di vedere l’aria e di ingrandirla. Se questa è la situazione prima di aspirare, quale parte della beuta rimane senza aria?

L'esperimento è stato condotto con una campana di vetro e pompa a vuoto manuale. Le discussioni di gruppo hanno prodotto questi disegni e descrizioni.

Gruppo A: L'aria occupa tutto lo spazio a disposizione

Gruppo B: 1. aria spinta da forze di coesione; 2. agitazione termica, cioè l'aria è sparsa

Gruppo B1: 1. L'aria è molto stretta, molto compressa, in quanto è parecchia (molta forza di coesione); 2. L'aria non è presente completamente, ma solo in modo parziale. L'aria è in movimento in quanto è poca (poca forza di coesione)

Gruppo B2

Gruppo C

Gruppo D1

Gruppo D2: 1. L'aria è distribuita regolarmente; 2. L'aria è rimasta ai lati

Gruppo D3

L'ipotesi del gruppo A rispecchia la situazione macroscopica. I suoi punti deboli sono che non risponde alla domanda "dove manca l'aria", ma tiene conto del fatto che l'aria tende sempre a occupare tutto il volume a disposizione.

Le ipotesi del gruppo B sono accomunate dal fatto che l'aria residua lascia dei vuoti localizzati, in certa misura dispersi. I domini in cui è suddivisa l'aria residua sono immaginati cangianti in forma e mobili. Un punto debole dell'ipotesi, che comunque spiega dove manca l'aria, è che restano intere regioni senza aria. Si noti che le conoscenze puramente scolastiche pregresse, sulle forze di coesione e sull'agitazione termica, sono completamente inutili nel fornire una rappresentazione corretta dell'aria, poiché esse non sono state né costruite né integrate autonomamente in una rete concettuale coerente e significativa. La forza di coesione è associata al grado di compattezza dell'aria anziché a una forza interna. Questa errata concezione dovrà essere corretta.

L'ipotesi del gruppo C è sostanzialmente corpuscolare. I punti di forza sono che l'aria occupa tutte le regioni dello spazio e nello stesso tempo si riconoscono gli spazi vuoti.

Le ipotesi del gruppo D localizzano l'aria residua in una parte del recipiente. In basso D1 ed esternamente gli altri due gruppi. Non sono date giustificazioni per queste ipotesi, anche se la D1 può essere sostenuta dal fatto che l'aria residua ha un peso; oppure il fatto che si concentri in basso spiega la difficoltà a sollevare la cupola di vetro.

2ª DIMOSTRAZIONE: il volume dell'aria contenuto nella siringa viene ridotto al 50%

Rispondere alle seguenti domande:

a. Come fa l’aria che si trova in fondo alla siringa ad accogliere altra aria, quando premiamo il pistone?

• L’aria è comprimibile ed elastica: gruppi C, A
• L’aria è formata da particelle: gruppo D1
• Ci sono spazi vuoti tra le particelle: gruppo D2
• In fondo alla siringa c’è più aria compressa: gruppo B

b. Quale ipotesi disegnata nelle beute spiega meglio come si possa comprimere l’aria?

• Si stringe e si comprime: gruppo B
• L’ipotesi del gruppo C: gli altri gruppi

c. Che cosa ha di speciale la struttura dell’aria che ne permette la compressione?
 

• E’ comprimibile ed elastica: gruppo C
• Ci sono i vuoti: gruppi D1, D2
• Nessuna risposta: gruppo A

3ª DIMOSTRAZIONE: il volume della siringa viene portato al 5 - 10 %

Rispondere alle seguenti domande:
d. Nell'aria è maggiore lo spazio vuoto o lo spazio occupato dalle particelle?

• Lo spazio vuoto: gruppi B, D1, D2
• Lo spazio occupato dalle particelle: gruppo C
• Nessuna risposta: gruppo A

e. Perché non si può raggiungere un volume nullo anche comprimendo con una forza tremenda?

• Perché le particelle occupano uno spazio e non entrerebbero in uno spazio così piccola: gruppi C, B, D1
• Perché ci sono vuoti e le particelle si aggregano: gruppo D2
• Nessuna risposta: gruppo A

2° GIORNO

4° DIMOSTRAZIONE: l’odore diffonde da una boccetta lasciata aperta

f. Come fa il profumo a raggiungere il naso?

1. L’odore è un gas che passa tra le particelle dell’aria
2. Nell’aula ci sono correnti d’aria che trascinano l’odore
3. L’odore e l’aria sono due gas e le loro particelle si muovono e si mescolano le une nelle altre
4. L’odore ha particelle che si muovono tra quelle d’aria, che stanno ferme
5. Le particelle dell’odore sono messe in moto per gli urti subiti dalle particelle dell’aria.

Si sono avute 2 risposte per l'opzione 1 e 5 risposte per l'opzione 2.

5° DIMOSTRAZIONE: L’ammoniaca evapora e diffonde nel tubo chiuso

g. Come fa l’ammoniaca a muoversi se il tubo è chiuso e pieno d’aria?

1. perché cerca di uscire dall’altra estremità
2. perché le sue particelle si muovono
3. perché le sue particelle sono urtate e spinte dalle particelle dell’aria
4. perché le particelle di ogni gas sono in movimento

Si sono avute 3 risposte per l'opzione 2, 1 risposta per l'opzione 3 e 5 risposte per l'opzione 4; 2 gruppi hanno dato 2 risposte.

6° DIMOSTRAZIONE: il pistone rientra “da solo” nella siringa se, dopo essere stato sollevato, viene rilasciato.

h. Il pistone si mette in moto perché:

1. Vuole ritornare nella posizione di partenza
2. La poca aria rimasta nella siringa vuole tornare al volume iniziale
3. Perché il vuoto della siringa lo risucchia
4. Perché le particelle dell’aria esterna, con il loro moto, lo urtano

Si sono avute 1 risposta per l'opzione 3, 7 risposte per l'opzione 4; 1 gruppo ha dato 2 risposte.

i. Quali aggiunte bisogna fare al modello di gas finora ricavato (particelle e spazio vuoto)?

C'è stata 1 risposta: bisogna aggiungere il movimento delle particelle.

7° Dimostrazione: un palloncino di gomma chiuso con poca aria viene introdotto nella beuta, e da questa si aspira l’aria.

j. Cosa accadrà al palloncino?

1. Salirà in alto
2. Si solleverà al centro della beuta
3. Si gonfierà
4. Si sgonfierà

Si sono avute 3 risposte per l'opzione 1, 2 risposte per l'opzione 3; 2 gruppi non hanno risposto.

Disegna gli ingrandimenti prima e dopo l’aspirazione dell’aria	La dimostrazione è stata realmente effettuata col seguente risultato
Nessun disegno	prima	dopo (vuoto)

8° DIMOSTRAZIONE: l’aria di una bottiglia di vetro vuota, tenuta capovolta con l’imboccatura in un becher con acqua, fuoriesce formando delle grandi bolle.

k. Perché non si formano bolle d’aria lasciando la bottiglia da sola?

l. Qual è l’effetto della temperatura sull’aria e sulle sue particelle?

1. Le particelle si muovono a maggior velocità e la pressione aumenta; perciò aumenta il volume dell’aria
2. Le particelle dell’aria rallentano e perciò aumenta lo spazio vuoto tra esse
3. La temperatura indebolisce la forza con cui le particelle si attraggono
4. Le particelle si gonfiano e quindi l’aria occupa maggior volume

Non è stata data alcuna risposta a queste domande.

3° GIORNO

9° DIMOSTRAZIONE: L’antitarme è posto sulla bilancia e dopo un po’ si sente l’odore.

m. Come si origina l’odore?

1. È un gas che si stacca dalle particelle dell’antitarme
2. Le particelle da solide diventano gassose
3. Le particelle dell’odore sono le stesse che prima formano il solido e poi si staccano
4. Il gas proviene dagli spazi tra i cristalli
5. Il gas è contenuto all’interno dei cristalli

3 gruppi hanno scelto l'opzione 3, 1 gruppo ha scelto le risposte 2 e 3.

10° DIMOSTRAZIONE: Un cristallo di colorante si scioglie anche stando fermo nel liquido e più velocemente in acqua calda.

n. Come si può estendere ai solidi e ai liquidi il modello particellare?

• Gruppo A: nei solidi e nei liquidi ci sono particelle
• Gruppo B: con il calore
• Gruppo C: le particelle, essendo libere, si espandono quando i solidi si sciolgono
• Gruppo D: non ha risposto

o. Cosa tiene unite le particelle nei liquidi e nei solidi?

• Tutti i gruppi: le forze di coesione

p. Come spiega il modello particellare il fatto che il colorante si diffonde più velocemente nell’acqua calda?

1. Perché le sue particelle si muovono più velocemente
2. Perché le particelle dell’acqua calda sono più veloci
3. Perché sia le particelle dell’acqua sia quelle del solido si muovono più rapidamente
4. Perché l’acqua calda ha maggiore capacità di sciogliere i solidi

Un gruppo ha scelto la risposta 4; 3 gruppi hanno scelto la risposta 3.

11° DIMOSTRAZIONE: due gocce d’acqua si avvicinano sul film di polietilene e solo quando vengono a contatto si uniscono.

q. Perché, secondo il modello particellare, le due gocce si sono unite?

1. C’era attrazione tra le gocce
2. Le particelle dell’acqua si attraggono
3. Per assumere una forma vicina alla sferica
4. Le superfici a contatto si premono

3 gruppi hanno scelto la risposta 2; 1 gruppo ha scelto la risposta 4.

r. C’è un ultimo tassello da aggiungere al modello particellare per completare il quadro della materia solida e liquida (stati condensati). Quale?

3 gruppi hanno risposto: forze di coesione; 1 gruppo non ha risposto.

12° DIMOSTRAZIONE: L’alcol viene posto sulla mano e si osservano le sensazioni. L’esperienza si ripete con il termometro.

s. Cosa succede all’alcol mentre si raffredda (due risposte esatte)?

1. Evapora
2. Sublima
3. Scompare
4. Si trasforma in un gas

Si sono avute 3 risposte per l'opzione 1, 1 risposta per l'opzione 2, 4 risposte per l'opzione 4; 1 gruppo ha dato una sola risposta.

t. Cosa succede alle particelle dell’alcol mentre scompare dalla mano?

1. A causa del loro moto si disperdono nell’aria
2. Evaporano
3. Si trasformano in odore
4. Smettono di attrarsi e diventano libere 

Si sono avute 2 risposte per l'opzione 1, 2 risposte per l'opzione 2, 1 risposta per l'opzione 3; 1 gruppo ha dato 2 risposte.

u. In base al modello particellare, perché l’alcol evapora?

1. perché le sue particelle si muovono e di tanto in tanto vincono le forze di attrazione
2. perché le sue particelle sono urtate dalle particelle dell’aria e trascinate via 

Si sono avute 2 risposte per l'opzione 1, 2 risposte per l'opzione 2.

v. I cristalli di antitarme col tempo si rimpiccioliscono. A sinistra delle frecce c'è un piccolissimo cristallo fatto da poche particelle. Quale disegno, tra A, B e C, spiega meglio la riduzione delle dimensioni del cristallo?



Non è stata data alcuna risposta.

QUESTIONARIO FINALE (individuale)

Per ogni fenomeno, riconoscere la spiegazione data dal modello particellare (risposte corrette in corsivo)

1. Alla luce del modello particellare dell’aria, perché un pallone gonfiato d’aria diventa duro?

1. perché le particelle sono pressate e a contatto le une sulle altre
2. perché è pieno e pesa di più
3. perché miliardi di particelle, muovendosi a caso, colpiscono le sue pareti interne
4. perché l’aria compressa preme per uscire 

Risultati: 10 risposte per l'opzione 1; 4 per l'opzione 2; 3 per l'opzione 3 e 24 per l'opzione 4.

2. Un pallone viene forato da un chiodo e si sgonfia. Qual è la spiegazione data dal modello particellare?

1. Si sgonfia perché è pressato dalla pressione dell’aria esterna, che fa uscire quella interna
2. Si sgonfia perché le particelle dell’aria che colpiscono il foro invece di rimbalzare escono
3. Si sgonfia perché la gomma è elastica e cerca di restringersi
4. Si sgonfia perché tutte le particelle vogliono uscire e si dirigono all’istante verso il buco 

Risultati: 12 risposte per l'opzione 1; 4 per l'opzione 2; 4 per l'opzione 3 e 20 per l'opzione 4.

3. Quando si aspira il succo di frutta da una busta di cartone, questa si schiaccia. Lo stesso non succede se il foro è più largo della cannuccia. Come si spiega il fenomeno in base al modello particellare?

1. Si schiaccia perché noi succhiamo il liquido
2. Si schiaccia perché le particelle dell’aria all’esterno urtano le pareti della busta con più forza della poca aria rimasta dentro
3. Si schiaccia perché la busta cerca di recuperare la sua forma originale
4. Si schiaccia perché le particelle dell’aria non hanno nessuna apertura da cui entrare 

Risultati: 7 risposte per l'opzione 1; 20 per l'opzione 2; 0 per l'opzione 3 14 per l'opzione 4.

4. Cosa succede se si cerca di aspirare la bibita da un recipiente rigido (bottiglia di vetro), se la cannuccia aderisce perfettamente al foro sul tappo?

1. Non si beve nulla perché la pressione, data dagli urti delle particelle dell’aria esterna, non riesce a deformare la bottiglia e quindi a spingere il liquido a uscire
2. Non si beve nulla perché si schiaccia la cannuccia e impedisce l’uscita del liquido
3. Si beve con facilità perché le particelle dell’aria possono comunque premere sulla superficie del liquido passando dalla cannuccia.
4. Si beve dalla bottiglia chiusa con la stessa facilità di una busta di cartone, dato che il liquido esce a causa del vuoto che creiamo succhiando.  

Risultati: 8 risposte per l'opzione 1; 7 per l'opzione 2; 12 per l'opzione 3 e 13 per l'opzione 4.

5. Copia nel cerchio vuoto l’ingrandimento che ritieni più verosimile per una piccola porzione d’aria compressa, secondo il modello particellare.

La risposta corretta è la D.

Risultati: 19 risposte per l'opzione A; 0 per la B; 2 per la C e 18 per la D.

Riepilogo delle risposte al questionario finale (in verde le risposte corrette; in rosso quelle errate ma scelte da molti allievi)

Conclusioni delle insegnanti

Dall’analisi delle risposte, risulta che il concetto di pressione non è stato ben assimilato e che gli alunni, come era prevedibile, non hanno ancora raggiunto una capacità di astrazione sufficiente a spiegare i fenomeni naturali applicando il modello. E’ possibile ripartire da tali considerazioni per sviluppare le future attività del progetto.

Osservazioni in itinere e conclusioni del tutor

Difficoltà riscontrate:

1. Troppo tempo tra un’esperienza e l’altra
2. Troppi alunni per classe, in un’aula di dimensioni non adeguate
3. Attività svolte al pomeriggio, dopo la mattinata di scuola
4. Incompleto svolgimento delle attività prerequisite sul concetto di modello

Gli allievi presentano resistenze nell’usare il modello particellare per spiegare i fenomeni e i fatti sperimentali. Queste resistenze sono in parte fisiologiche per l’età, ma anche dovute alle difficoltà sopra citate.
Gli allievi tendono ad attribuire caratteristiche del mondo macroscopico alle particelle: sono solide le particelle dei solidi, liquide quelle dei liquidi e gassose quelle degli aeriformi. Che non si tratti di un problema linguistico è dimostrato dal fatto che diversi allievi affermano che le stesse particelle si trasformano da solide a gassose nella sublimazione, cioè attribuiscono a esse dei cambiamenti e non riescono a immaginare particelle che non siano né solide né liquide né gassose. Occorre costruire delle attività che li aiutino a pensare agli stati della materia come derivanti dal modo di stare insieme di molte particelle.
Le loro conoscenze sulle forze di coesione, precedenti all'unità didattica, hanno interferito con lo sviluppo di un concetto di pressione adeguato e basato sul moto molecolare.

Esperienza realizzata dagli allievi delle classi 1ª B e 1ª C dell'I.C. "Luca della Robbia" di Appignano (MC), nell'anno scolastico 2001-2002.
Insegnanti: Michela Rossetti, Luigina Castelli; Valeria Bellucci, al secondo anno di sperimentazione, ha seguito autonomamente un percorso parallelo nella propria classe 1ª A
Tutor: Alfredo Tifi

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Il materiale

La classe è stata invitata a osservare il materiale che ogni coppia di bambini aveva a disposizione sui banchi singoli uniti a due a due:

• una pila mezza torcia da 1,5 V;
• una lampadina da 2,5 V;
• un filo di rame a treccia rivestito lungo 15 cm circa.

L'esperienza

I bambini dovevano provare a far accendere la lampadina con ciò che avevano a disposizione.

Alcuni bambini hanno riconosciuto nel materiale oggetti familiari perché usati per far funzionare dei giochi e uno di loro si è ricordato che una volta per far accendere un game boy, non avendo le pile giuste, ha visto fare dei  “collegamenti" da altri bambini più grandi con pile diverse da quelle necessarie e fili elettrici.
Ai bambini è stato detto di fare attenzione alle “estremità” degli oggetti che hanno e soprattutto alla lampadina e alle sue parti metalliche (punta e avvitatura).
I bambini sono riusciti un po’ alla volta a far accendere la lampadina, con grande entusiasmo e, su richiesta della maestra, hanno osservato quali erano le parti venute a contatto e quante erano le coppie individuate (tre).

I bambini hanno provato diverse possibilità di contatti, variando anche il numero di materiali (per esempio 2 pile - 1 filo - 1 lampadina o 2 lampadine - 1 pila - 1 filo).
E' stato effettuato un semplice test disegnando alla lavagna varie possibilità di contatti e in una tabella  le possibili interazioni e le evidenze di queste interazioni, cioè la luce o il calore.

La maestra ha disegnato le varie posizioni di pila, filo e lampadina alla lavagna; i bambini hanno cercato di prevedere se ci sarebbe stata interazione o meno.
Per ogni disposizione, due bambini sono andati davanti a tutti e hanno verificato sperimentalmente se le previsioni erano giuste o meno.
In alcune combinazioni l’interazione è evidenziata solo dal riscaldamento del filo, ma non dall’accensione della lampadina. In questo modo i bambini hanno capito che ci sono diverse evidenze per l’interazione e, in questo modo, non si identifica l’interazione con una evidenza predefinita.

Esperienza realizzata il 18-11-2004 dai bambini della classe 4° B della scuola Le Grazie di Recanati, con la maestra Pina Feliciotti

I bambini hanno svolto la seguente verifica sui concetti scientifici generali sui quali hanno lavorato durante tutto il percorso.

Test sulle grandi parole

Collega con delle linee colorate gli esempi alle GRANDI PAROLE della scienza

Risultato del test

I bambini hanno scelto di colorare in modo diverso ciascuna parola al centro e di assegnare i colori corrispondenti ai diversi esempi che le circondano. A rotazione ogni bambino ha proposto, per ciascun esempio, la parola della scienza che secondo lui era adeguata, motivando la proposta. Gli altri bambini potevano intervenire con controproposte, alzando la mano e la discussione si interrompeva quando si raggiungeva l’accordo unanime. Il sole e l’estintore sono stati visti sia come sottosistemi che come sistemi. Il sole come facente parte del sistema solare, l’estintore come componente del sistema di sicurezza della scuola. Tutti gli altri esempi sono stati correttamente classificati senza grandi difficoltà.

Lo stesso test è stato effettuato anche in classe 3ªA a Castelnuovo, in versione semplificata (senza il concetto di modello e i relativi esempi) con analoghi risultati positivi.

Test degli specchi

Il seguente test degli specchi è un problema sulla costruzione di un modello mentale completamente diverso da quelli sperimentati durante il percorso, e ha impegnato i bambini il 30 maggio 2005.

Risultato del test

La maggior parte dei bambini ha trovato abbastanza facilmente la soluzione, mentre per altri sarebbe stato necessario sperimentare nella realtà. Alcuni percettivamente  si sono rifatti alle loro esperienze, che vanno dai giochi al computer ai giochetti con la luce che si rifletteva a mensa sui coltelli.

Domande conclusive (fatte dalla maestra in assenza e all’insaputa del tutor)

1. Quale messaggio secondo voi ha voluto comunicarvi il tutor lavorando con noi?

• Yassin: anche noi possiamo diventare scienziati.
• Nahuel: possiamo imparare a pensare come gli scienziati
• Luca P.: ci ha insegnato a fare ipotesi
• Federico: abbiamo imparato a costruire meccanismi, a inventarli
• Mattia B.: possiamo imparare a scoprire cose sconosciute
• Federica: saper vedere senza guardare, cioè riuscire ad immaginare
• Mattia P.: essere capaci di immaginare quello che non è visibile
• Olimpia: saper sentire anche il rumore… quindi essere capaci di ragionare con tutto il corpo
• Leonardo: immaginare meccanismi non visibili
• Luca P.: ci ha aiutato a ragionare per scoprire le cose
• Nicola: per vedere se eravamo in grado di fare certe cose  se ci riuscivamo
• Matteo B.: secondo me per esplorare le nostre conoscenze…forse per allargare le nostre conoscenze
• Asmaa: secondo me Alfredo è venuto a insegnarci la scienza meravigliandosi
• Yassin: la scienza può essere divertente, può approfondire le cose
• Silvia: secondo me è venuto anche per vedere a che punto stavamo per capire le cose che non possiamo vedere , sentire
• Martina: per insegnarci ogni volta cose nuove

2. Ma allora quale sarà stato il filo che teneva unite tutte queste cose nuove?

• Davide: il filo che teneva insieme è stato l’INTERAZIONE !

Commento del tutor

Sono rimasto molto soddisfatto delle riflessioni dei bambini e naturalmente del lavoro fatto da Pina durante tutto il percorso. I bambini hanno colto esattamente ciò che speravamo catturassero del processo scientifico. Sfido chiunque a ottenere lo stesso risultato seguendo il sussidiario e con lezioni esclusivamente “teoriche”. Sono convinto che questa esperienza lascerà un’impronta indelebile nella loro formazione e che sia della massima importanza che nel passaggio alla scuola secondaria sia preso in seria considerazione questo portfolio e si prosegua nella direzione di fornire strumenti cognitivi adeguati a pensare come scienziati e non a imparare a memoria piccoli pezzi di enciclopedie, nonché occasioni di affrontare ancora indagini sperimentali e ad elaborare modelli in un’ottica costruttivista. Tutto ciò nel rispetto dei bambini e con la finalità di ravvivarne spontaneità e curiosità, spirito di inquiring, contribuendo a costruire una corretta concezione della scienza e del suo ruolo per l'uomo.

Verifica di fine percorso didattico realizzata dalla maestra Pina Feliciotti e dal tutor Alfredo Tifi con i bambini della 4ªB del Plesso Le Grazie, nel maggio 2005

In questa sezione sono presentate alcune esperienze che introducono e approfondiscono il concetto di modello nella scuola elementare, attraverso lo studio di alcuni marchingegni e l'applicazione dello strumento delle macchine operatrici.

Le macchine operatrici sono degli "elaboratori" che acquisiscono dei dati (input) e li trasformano in un risultato (output) seguendo un algoritmo invariante e "nascosto", analogamente ai marchingegni. Ai bambini si richiede di ideare un'operazione o una sequenza di operazioni (modello) che riproduca il comportamento della macchina (sistema sperimentale).
Per ora abbiamo messo delle operazioni aritmetiche nel "motore" delle nostre macchine operatrici, che si alimentano di numeri naturali e danno numeri naturali in uscita.
Un obiettivo importante di queste macchine operatrici "aritmetiche" è che con esse si può migliorare l'abilità di calcolo a mente e la comprensione delle operazioni aritmetiche divertendosi. Per questa ragione si possono usare le macchine operatrici fin dalla seconda elementare (limitandosi ai livelli di difficoltà più bassi).
Ma la ragione per cui è statoscelto di utilizzare questo strumento nel percorso didattico è per applicare il concetto di modello in situazioni più astratte.
Il "motore" delle macchine operatrici può inizialmente essere fornito da un alunno che, alla lavagna, pensa l'operazione o la sequenza di operazioni aritmetiche. Poi ripete invariate tali operazioni sui dati in ingresso, forniti dai compagni di classe, scrivendo i risultati, finché questi non saranno in grado di prevedere i risultati.
Il parallelo con il modello scientifico è evidente: il calcolo nascosto è il "meccanismo" o "motore sconosciuto" che produce i fenomeni; l'input sono le condizioni e le variabili sperimentali scelte dagli scienziati (il resto della classe); dopo pochi tentativi (esperimenti preliminari) i bambini cercano spontaneamente un modello di calcolo che dia conto del comportamento della macchina. Quindi ripetono gli esperimenti per convalidare i vari modelli. Se le loro previsioni corrispondono con l'output (risultato dell'esperimento), procedono a ulteriori conferme.
I modelli si sforzano di riprodurre fedelmente la realtà osservabile. Invece la realtà nascosta nella macchina, come per i marchingegni, non esce mai allo scoperto. Quando gli scienziati ottengono previsioni corrette considerano valido il loro modello, ma non possono mai essere definitivamente certi che la natura complessa si comporti veramente secondo tali modelli.

Oltre alle esperienze descritte in questa sezione, i report di alcune attività di esplorazione condotte dalle classi delle scuole del 1° Circolo di Novi Ligure (AL) sono riportati a questo link:

IL CONCETTO DI MODELLO ALLE ELEMENTARI - I MARCHINGEGNI: Le macchine per pensare

I bambini-scienziati della classe hanno osservato l'esistenza di molte muffe diverse, trasportate forse dalle cose che hanno appoggiato sulle piastre di "gelatina" incontaminata.

Questi i risultati:

  
Capelli (Federico e Riccardo) - Funghetti appassiti secchi (Asmba e Mattia) - Pane (Simone e Mattia)

  
Polvere (Martina e Leonardo) - Unghie varie (Matteo e Davide) - Sopracciglia (Matteo B. e Federica)

Le piastre contengono una gelatina nutriente (tecnicamente “terreno Sabourod agarizzato”) adatta alla crescita di tutte le muffe. Finché le piastre restano chiuse non si sviluppa in esse nessuna muffa né altro, così come dalla terra non cresce nulla se non si mette un seme o se un seme non si trova lì per caso. Quindi occorre mettere dentro qualcosa che possa contenere piccole spore, come quelle che si trovano sotto il cappello dei funghi.

Per questa esperienza basta aprire la piastra per il breve tempo sufficiente a inserire l’oggetto, richiuderla e lasciarla per qualche giorno in un luogo buio. Ogni cosa ha prodotto delle muffe, perciò si capisce che le muffe stanno un po’ dappertutto.

Constatata la crescita di una gran varietà di muffe, gli allievi hanno notato che ogni cosa aveva prodotto una muffa differente per aspetto, forma, colori. Perciò si sono chiesti se potesse esserci una relazione tra il tipo di muffa e l’oggetto che l’ha generata, cioè se ciascun oggetto fosse “contaminato” con un tipo preciso di muffa, oppure se la muffa si formasse casualmente.

Per rispondere a questa domanda ogni oggetto (per esempio la mollica di pane) è stato diviso e posto su due piastre uguali. Qui sotto i risultati.

Due metà di uno stesso spicchio di mela: le due muffe differiscono solo per l’estensione della zona grigia vellutata.

Due metà di uno stesso spicchio di mandarino: anche in questo caso si hanno le stesse colorazioni, ma con uno sviluppo molto diverso della peluria bianca.

Anche per la buccia di mandarino si ha una sostanziale corrispondenza nelle due piastre.

Si può concludere che le muffe sono nelle cose scelte per gli esperimenti.
Mentre si svolgeva l'esperimento gli allievi si sono accorti che nei barattoli delle pesche sciroppate che avevano mangiato c'era della muffa che galleggiava sul liquido. La maestra ha chiesto cosa fosse cambiato dal momento che avevano preparato le pesche a quello successivo all'aver aperto e richiuso il barattolo.

I bambini hanno risposto che era entrata l'aria e che le muffe potevano stare anche nell'aria. Allora i bambini hanno " raccolto" l'aria della classe per 5 minuti su una piastra e per altrettanti quella del giardino. E' risultato che l’aria del giardino contiene tanti tipi di muffe diverse, mentre l’aria della classe ne ha prodotto solo uno.

Questa ricerca sperimentale sulle muffe, che lascia aperte ancora varie domande, è stata utile alla nostra ricerca sulla conservazione degli alimenti, della quale si riporta una mappa concettuale.

Esperienza realizzata nel novembre 2004 dagli allievi della classe 4ªB del plesso Le Grazie, 2° Circolo di Recanati.

Il Materiale

La maestra ha portato a scuola questi materiali e oggetti:

• lana di ferro;
• magnete;
• guscio d’uovo;
• infuso di radicchio filtrato;
• aceto;
• bicarbonato.

L'Esperienza

I bambini hanno formato quattro gruppi. Ogni gruppo aveva un vassoio di alluminio con dei bicchieri di plastica trasparenti vuoti ed altri di plastica bianca. I bambini hanno abbinato i materiali a coppie, usandone solo una parte ogni volta.
Dovevano scoprire più cambiamenti possibili.
In ogni gruppo è stato scelto un responsabile della registrazione dei dati.
I bambini avevano a disposizione anche un secchio con acqua pulita e uno vuoto per scaricare i risultati delle prove e sciacquare i contenitori.
La maestra e il tutor hanno costruito alla lavagna una tabella a doppia entrata con i 5 materiali in riga e in colonna nello stesso ordine; hanno poi numerato le caselle corrispondenti a ogni diverso abbinamento da 1 a 10.

Legenda: G=guscio; A=aceto; R=radicchio; F=lana di ferro; B=bicarbonato

Infine sono state registrati le osservazioni e i cambiamenti ottenuti:

1. guscio+aceto = bollicine soprattutto sulla parte esterna del guscio
2. guscio+radicchio = il radicchio non è cambiato,il guscio si è scurito nella parte interna
3. ferro+guscio = nessun cambiamento
4. bicarbonato+guscio = nessun cambiamento
5. aceto+radicchio = si ottiene un colore rosato
6. aceto+ferro = nessun cambiamento
7. bicarbonato+aceto = molta schiuma e bollicine: il bicarbonato si è sciolto
8. ferro+radicchio = il ferro diventa scuro; il radicchio più scuro
9. bicarbonato+radicchio = colore verde oliva
10. ferro+bicarbonato = nessun cambiamento

I bambini hanno osservato che si sono verificati casi in cui c’è stata azione tra l’uno e l’altro materiale. C’è stata quindi una interazione cioè una azione tra due cose, oggetti o materiali.
Hanno osservato anche che ci sono stati casi di non interazione (non si sono verificati cambiamenti rilevanti).
Dopo aver capito il concetto di interazione il tutor ha fatto altri esempi, chiedendo ogni volta se c’era interazione e perché.

Gli Esempi

• Le piccole pagliuzze di ferro nel bicarbonato secco si radunavano e si muovevano girando la calamita sotto il foglio di carta dove i due materiali erano mescolati.
• Il bicarbonato da grigio ritornava bianco e il ferro risultava immutato.

Non c’era stata nessuna interazione tra i due materiali, ma c’era stata interazione tra calamita e ferro.

• Il temperino rendeva aguzza la punta della matita, ma la matita cosa faceva al temperino?

Il temperino ha trasformato la matita, la matita non ha cambiato il temperino; ma il temperino dopo tanto uso si consuma, quindi ci sarà interazione.

• Osservando una bussola, la punta rosa dell’ago indicava sempre la direzione Nord anche cambiando posizione. I bambini hanno capito che interagiva con qualcosa che doveva trovarsi fuori della bussola.

Ci sono tanti altri esempi di interazione: forbici-carta, gesso-lavagna, termosifone-aria, cibo-corpo, sega-legno, coltello-carne…

Il diario di bordo: i disegni dei bambini

Altre interazioni proposte dai bambini

• Cartone pinzatrice: se prendo una pinzatrice e pinzo il cartone, vengono i buchi sul cartone e la pinzatrice consuma i ferretti  dentro.
• Di mattina, quando faccio colazione, nella tazza metto prima il cacao, dopo il latte tiepido; quando ho riempito la tazza vedo il latte di colore marrone, perché il cacao si è sciolto nel latte. Il cacao è diventato una cosa sola con il latte. Il latte ha il profumo e il sapore del cacao. Non posso riprendere il cacao dentro il latte.
• Io prendo la macchina per cucire e del filo, e lo faccio passare nei vari spazi. Prendo una stoffa e la metto sotto l’ago, inizio a muovere il pedale che contemporaneamente muove la stoffa e si forma una cucitura. E’ una interazione perché sulla stoffa rimane il filo mentre sulla spoletta diminuisce.
• Il rossetto e le labbra interagiscono perché il rossetto si consuma, ma protegge lo stesso le labbra. Questa è un’interazione.

Esperienza realizzata dai bambini della classe 3° della scuola elementare Castelnuovo (Recanati), con l'insegnante Maria Teresa Piattoni e il tutor Alfredo Tifi

L’aria e i polmoni, il fiato e il BTB, la lampadina, il filo e la pila, sono tutti esempi di sistema. Qualsiasi cosa che può interagire con un’altra forma un sistema. I bambini channo detto che sono sistemi anche il gessetto e la lavagna, il temperino e la matita, ecc. Non deve esserci per forza un’interazione, gli scienziati chiamano sistema un’unione di oggetti tra i quali si pensa ci possa essere una qualsiasi relazione o influenza reciproca.

Per queste esperienze i bambini sono stati divisi in gruppi di tre e ogni gruppo ha ricevuto i componenti di un sistema:

• un bicchiere con del bicarbonato;
• un bicchiere vuoto per mettere l’aceto;
• un sacchetto trasparente per frigorifero;
• un laccio per chiudere il sacchetto.

il tutto su un piatto grande di plastica.

Interazione Bicarbonato-aceto

L'obiettivo è vedere cosa accade in un sistema formato da aceto, bicarbonato e due bicchieri trasparenti su un piattino.

I bambini hanno proposto di versare l’aceto sul bicarbonato. Il risultato è che si forma una bella schiuma, come quando si versa la birra, che sale fino a uscire dal bicchiere. Qualche bambino ha detto che il liquido giallino che rimane con le bollicine sembra spumante, anche per l’odore.

Quindi il tutor ha spiegato ai bambini che i sistemi possono essere chiusi o aperti, a seconda se il materiale può liberamente entrare e uscire oppure no. Poi ha chiesto se quello appena visto era un sistema aperto o chiuso e i bambini hanno risposto, a ragione, che era aperto.
Il tutor ha poi chiesto se la bottiglia chiusa dell’aceto fosse un sistema aperto o chiuso, e i bambini hanno risposto che è chiuso, perché non può entrare né uscire nulla. La bottiglia aperta è stata invece definita un sistema aperto, perché esce l'odore. La risposta è corretta, poiché anche l’odore è fatto di materiale! Inoltre anche l’aria può entrare e interagire con l'aceto, e per questo si rovina se rimane aperto a lungo.

Ora l'obiettivo era far avvenire l'interazione tra bicarbonato e aceto in un sistema chiuso.
I bambini dicono che utilizzeranno il sacchetto, e aiutati dal tutor lo chiudono strettamente, attorcigliandolo prima di legarlo con il laccio. Questa la discussione nel corso dell'esperienza:

Vediamo un po’, secondo voi se il sistema è chiuso, l’interazione potrà avvenire lo stesso come nel sistema aperto?
I bambini hanno risposto di sì.
Bravi, e dove andrà a finire tutto il gas delle bollicine?
I bambini hanno risposto: nel sacchetto!
Allora vediamo chi riuscirà a far scoppiare il sacchetto.

A questo punto alcuni bambini hanno chiesto: “Come facciamo a farli interagire se prima dobbiamo chiudere il sacchetto?” Il tutor ha risposto che potevano usare gli stessi bicchieri e il sacchetto per tenere separati l’aceto dal bicarbonato finché non l’avranno chiuso bene. Alcuni hanno messo il bicarbonato nel sacchetto, altri hanno versato l’aceto nel sacchetto ehanno lasciato  il bicarbonato nel bicchiere, altri ancora hanno messo entrambi i bicchieri in piedi nel sacchetto. Quindi hanno sigillato il sacchetto togliendo più aria possibile e poi hanno mescolato i materiali provocando l’interazione nei loro sistemi chiusi. Fortunatamente nessun sacchetto è scoppiato, anche se due di essi si sono gonfiati tanto da da aprirsi lungo una saldatura e far uscire un po’ di aceto.

Una volta riempiti i sistemi di gas, i bambini hanno provato a vedere come interagivano con il BTB. Per farlo, un po’ di bicarbonato è stato messo in una bottiglia vuota, e mezzo bicchiere di aceto è stato versato nel palloncino sgonfio. Il palloncino è stato posizionato sul collo della bottiglia e, solo quando il sistema era chiuso, l'aceto è stato versato nella bottiglia.
Il palloncino si è gonfiato molto, come si può vedere nella sequenza di foto qui sotto.

Quindi i bambini hanno preso la siringa con la cannuccia con l’ovatta “blocca liquidi”, l'hanno applicata all’uscita del palloncino e hanno immesso il gas all’interno del BTB, che dopo un po’ è diventato giallo-verde.
Ma nel palloncino c'erano ancora molte gocce di aceto: dopo un po’ una di queste ha superato la barriera del cotone ed è finita nel bicchiere con il BTB, che ha cambiato colore istantaneamente, passando da quasi giallo a giallo oro.

Esperienza realizzata dai bambini della classe 3° della scuola Castelnuovo di Recanati, con il tutor Alfredo Tifi

Questo è un esperimento semplice e significativo sul concetto di variabile, realizzato da ragazzi di seconda media.
Nell’ambito di un progetto di studio sulla fisica dei suoni, l'insegnante ha guidato i suoi allievi alla costruzione di uno strumento in legno con sei corde di nylon, il suonometro.

L'esperimento

Lo strumento è stato costruito per rispondere al seguente problema sperimentale: da cosa dipende l’altezza del suono prodotto dalle vibrazioni di una corda tesa?

Sono state considerate tre variabili indipendenti (tensione, spessore e lunghezza delle corde) e una variabile dipendente (l’altezza del suono prodotto quando si pizzicano tali corde).
Le corde sono state realizzate con fili da pesca di due sezioni diverse.
Come si vede dalla foto qui sotto, le prime due corde da sinistra differiscono per la diversa tensione (ottenuta applicando dei pesi che agiscono verticalmente sulla parte libera): quella più tesa produce un suono più acuto. La seconda e la terza hanno lo stesso peso e la stessa lunghezza, ma differiscono in spessore: quella più spessa produce un suono più grave. Le altre tre corde, di identica sezione e con lo stesso peso applicato, hanno lunghezza decrescente e producono suoni di altezza crescente.

Foto del”suonometro” durante la mostra del 6 maggio

Si conclude che l’altezza del suono (rivelatrice della frequenza di vibrazione) è correlata positivamente alla tensione delle corde e inversamente alla loro lunghezza e al loro spessore.

Diagramma per lo studio dei fattori che influenzano l’altezza del suono prodotto dalle corde del suonometro

La mappa concettuale di questa esperienza realizzata dagli allievi

Un po’ di teoria

La teoria delle oscillazioni prevede, per una corda fissata a due estremità, una frequenza di oscillazione fondamentale pari a (espressa in hertz, cioè oscillazioni complete al secondo).
In questa formula L è la lunghezza della corda, r è la densità lineare, cioè la massa di una sua lunghezza unitaria (ci dice quanto è pesante la corda e a parità di materiale è proporzionale all’area della sezione) e T è la tensione della corda a riposo, pari al peso che la tiene tesa.
I risultati trovati rispecchiano la formula perché:

1.    se si dimezza la lunghezza la frequenza (e l’altezza) si raddoppia.
2.    se si aumenta la tensione T la frequenza aumenta (anche se non in proporzione diretta)
3.    se si aumenta la “pesantezza” o lo spessore della corda, la frequenza diminuisce (anche se non in proporzione inversa)

Come migliorare l’esperimento

Innanzitutto occorrerebbe mettere un “ponticello" sottile in corrispondenza della piegatura delle corde (come in una chitarra).
Inoltre il suono diverrebbe più udibile costruendo una cassa di risonanza.
Si potrebbe quindi realizzare un ponticello mobile in modo che la lunghezza della corda possa variare con continuità.
Sarebbe eccezionale poter misurare le frequenze di vibrazione con un apparecchio accordatore digitale e le tensioni con una bilancia sensibile al grammo. Si potrebbe verificare così la formula.
Le tensioni dell’apparecchio erano piuttosto basse e le corde piuttosto lente: occorrono quindi pesi maggiori.
La formula può essere verificata anche così: una corda di metà lunghezza dovrebbe oscillare con la stessa altezza di una avente lunghezza doppia ma con una tensione quattro volte maggiore. In questo caso si deve considerare che una tensione quattro volte maggiore comporterà una lieve diminuzione della densità lineare rispetto alla corda corta, e quindi un’altezza leggermente maggiore (si avranno battimenti?).

Esperienza realizzata dall’insegnante Michela Rossetti e dagli allievi della 2ª C della scuola media di Appignano

L'obiettivo

I bambini avevano già sperimentato le interazioni del BTB con diversi liquidi:

• l’aceto (vedendo che anche una minima quantità lo faceva diventare giallo)
• l’acqua minerale che, differenza della Levissima con cui lo stesso BTB era stato preparato, lo faceva diventare blu più intenso.

In questa esperienza, invece, i bambini dovevano vedere se e come il BTB interagisce con due gas: l’aria che espiravano e l’aria normale.

L'esperienza

Ogni coppia di bambini aveva una cannuccia, un ampio vassoio, due bicchieri trasparenti con un del BTB azzurro, un palloncino, una siringa senza ago né pistone per adattarvi il palloncino e gorgogliare nel bicchiere. Due pompe per gonfiare palloncini sono state messe a disposizione della classe.

La maestra e il tutor hanno posto alcune domande:

Come fate per provare se c’è interazione del respiro con il BTB?
I bambini hanno risposto che intendevano usare la cannuccia.
E come farete per l’aria normale?
I bambini hanno risposto che avrebbero usato i palloncini.
Il tutor e la maestra hanno indicato le pompe adatte a gonfiare i palloncini come strumento da utilizzare per introdurre l'aria nei palloncini.

Ognuno dei bicchieri a disposizione era destinato a un tipo di aria. Tuttavia, nonostante l'avvertimento e il fatto che ogni coppia aveva una sola cannuccia, praticamente tutti i bambini hanno voluto provare a soffiare nelle cannucce e gorgogliare nei bicchieri, cosicché il BTB di tutti i bicchieri è diventato giallo.
Una volta gonfiati i palloncini con l’aria della pompa, i bambini hanno chiuso l’estremità della siringa e poi l'hanno rilasciata immergendola nel liquido. Poiché il livello del liquido era basso, alcuni bambini non arrivavano a immergere la siringa e soffiavano l’aria sulla superficie in pochi secondi, anziché farla gorgogliare lentamente dentro il liquido, per cui era necessario gonfiare di nuovo il palloncino e immergere il tubo una seconda volta.

Tutti hanno mostrato segni di delusione: si aspettavano un’interazione anche con l’aria della pompa. Questa la discussione seguita al risultato dell'esperimento:

Siete degli scienziati o no? Allora perché non registrate quanto accaduto? Non potete obbligare l’aria normale a interagire col BTB se non “vuole” farlo. Perché vi aspettate che lo faccia?
I bambini hanno risposto che, siccome il respiro aveva interagito, avrebbe dovuto farlo anche l’aria normale.
Ma l’aria del respiro è uguale a quella normale?
No! hanno risposto in coro.
Allora per questo non è detto che siano ugualmente capaci di interagire.
Per dimostrare la differenza tra i due tipi di aria è stato effettuato un esperimento in “parallelo”, in cui sia l’aria normale, sia quella del respiro sono state usate per riempire due palloncini e quindi gorgogliate in due quantità uguali di BTB di identico colore. Il risultato, visibile dal filmato, conferma l’incapacità dell’aria normale di interagire col BTB.

Guarda il video dell'esperimento

Perché l’aria respirata è diversa da quella normale?
Alcuni bambini hanno risposto che è perché l’aria respirata viene dai polmoni.
Ma prima di entrare nei polmoni era normale o no?
I bambini hanno risposto di sì.
Dunque quando si modifica l’aria normale?
I bambini hanno risposto che si modifica quando sta nei polmoni.
E come fa? Cosa accade tra i polmoni e l’aria?
Alcuni bambini hanno detto che c’è interazione tra polmoni e aria.

Esperienza realizzata il 20-01-2005 dai bambini della classe 4ª della scuola Le Grazie di Recanati

I bambini avevano già provato che, soffiandovi con le cannucce, il BTB cambiava colore, mentre gorgogliando l’aria con le siringhe non accadeva nulla. I bambini hanno detto che l’aria respirata è diversa perché è “usata”. Se tutti respirano, l’aria dell’aula si modifica, perciò ogni tanto si apre la finestra per fare entrare l’aria non “usata”.

L'esperienza

Il tutor e un bambino della classe sono usciti con due palloncini di gomma vuoti e una pompa. Quando sono rientrati i due palloncini erano pieni allo stesso modo, uno con aria normale e uno con l’aria espirata. Il tutor ha chiesto quale fosse quello gonfiato con il fiato?

Un bambino ha detto che il palloncino con l’aria espirata doveva cadere verso il basso e l’altro andare in alto. Questa è un ottima idea! L’aria usata deve pesare di più.
Per fare la prova i palloncini sono stati chiusi bene con dei laccetti leggeri e poi lasciati andare insieme. Entrambi sono caduti verso il basso, ma uno dei due arrivava sempre prima dell’altro, nonostante nel frattempo si fosse un po’ rimpicciolito. Quello era il palloncino gonfiato col fiato.
Nota del tutor: i bambini dovrebbero provare a invertire i palloncini, a gonfiarli esattamente allo stesso modo, per vedere se tale differenza di peso è sufficientemente elevata da rendere riproducibile la prova in ulteriori esperimenti, o se si è trattato solo di un caso.

Altri bambini hanno detto che si poteva riconoscere il palloncino con l’aria “usata” anche provando a mandarla nel BTB.
All’uscita di ogni palloncino è stata inserita una siringa di plastica senza pistone e la punta di questa è stata prolungata con la cannuccia del succo di frutta. Siccome un bambino sosteneva che fosse la saliva a causare sia il maggior peso sia il cambiamento di colore del BTB quando si soffiava nella cannuccia, il tutor ha inserito dei batuffoli di cotone ben pressato dentro le cannucce, impedendo così qualsiasi passaggio di piccole goccioline di liquido. I laccetti sono stati tolti e i bambini hanno iniziato a far gorgogliare le “due arie” in due bicchieri contenenti la stessa quantità di BTB blu.

Il gorgoglio avveniva lentamente, perché il cotone rallentava il passaggio dell’aria. Dopo un po’ il BTB del palloncino col fiato, quello che cadeva più in fretta, è diventato giallo, confermando che lì c’era aria espirata e anche che la saliva non poteva essere la causa del cambiamento di colore. Proseguendo con l’interazione, una bambina ha notato che anche nel bicchiere dell’aria normale sembrava esserci un piccolo cambiamento: il colore diventava più blu.

Alla fine l’aria normale abbiamo è stata fatta gorgogliare nel bicchiere con il BTB giallo-verde e si è visto che il colore tendeva a ridiventare azzurro! I bambini hanno ipotizzato che l’aria “usata” potrebbe contenere un gas che la rende più pesante e che interagisce col BTB; questo gas sarebbe scacciato in fretta gorgogliando l’aria normale. Anche lasciando semplicemente all’aria il BTB giallo-verde, questo gas potrebbe uscire da solo e, in tal caso, il BTB ritornerebbe blu da solo. Perciò abbiamo lasciato il bicchiere col BTB giallo nell’angolo della stanza, per osservarlo il giorno dopo.

Il tutor ha chiesto ai bambini come potesse l’aria normale cambiare e divenire capace di far diventare giallo il BTB. I bambini hanno risposto che ciò avviene nei polmoni. Ha chiesto quindi cosa può accadere tra aria e polmoni e i bambini hanno risposto correttamente che c’è un’interazione. Quindi il tutor ha fatto una prova, chiedendo ai bambino se secondo loro l’aria interagisce nello stesso modo se si fa un lungo respiro sospeso o se la si fa entrare e un attimo dopo la si fa uscire. I bambini hanno risposto che più tempo sta, più l’aria interagisce e si modifica.

E' stato quindi condotto un esperimento capace di verificare se l’aria che rimane più a lungo interagisce maggiormente nei polmoni. Una bambina (Carlotta) ha trattenuto il respiro per 30 secondi e poi ha espirato tutta l’aria, gonfiando il palloncino. Un’altra bambina (Sabrina), è stata chiamata a riempire un altro palloncino facendo piccoli soffi (facendo in modo, cioè, che ogni volta l’aria restasse solo un istante nei polmoni). Entrambi i palloncini sono stati gonfiati allo stesso volume e collegati, come prima, alle cannucce con il cotone. Mandando l’aria in due bicchieri di BTB blu uguali si notava che l’aria espirata da Carlotta dopo pochi secondi faceva diventare il BTB giallo, molto più giallo di quello che si otteneva soffiando con le cannucce. L’aria che aveva interagito poco con i polmoni, espirata da Sabrina, invece, riusciva a malapena a far diventare verde il liquido, anche quando il palloncino si era completamente sgonfiato.

Test del fiato trattenuto (a destra) e non trattenuto (a sinistra)

Alla fine dell'esperienza il tutor ha proposto questa situazione: "Immaginate un sub che ha finito l’aria delle bombole, ma ha un palloncino. L’ultimo respiro di aria buona potrebbe usarlo per riempire il palloncino, come ha fatto Carlotta, e poi riprendere l’aria da lì ogni volta che deve inspirare, rigonfiandolo ogni volta che espira, e andare avanti così finché non riesce a tornare in superficie. Ce la farebbe?” I bambini si sono messi a ridere e hanno detto che soffocherebbe, proprio come se si trattenesse di continuo la stessa aria nei polmoni, poiché respirandola questa si consumerebbe sempre di più.

Altre interazioni con il BTB

Aceto e BTB

Con la punta di una cannuccia il tutor ha toccato l’aceto e poi il BTB del bicchiere, che diventa giallo oro, un colore molto più intenso del giallo ottenuto col fiato trattenuto (vedi sopra).

Acqua minerale e BTB

Ripetendo l'esperimento con l’acqua minerale, il BTB è diventato di un bell’azzurro brillante e intenso. Un bambino ha detto che il BTB è un camaleonte.

Un altro ha proposto di provare il bicarbonato con il BTB. Il risultato è stato un bellissimo colore blu china. Un altro bambino ha scoperto che nell’etichetta dell’acquaminerale usata per l'esperimento  c’era scritto “bicarbonato” e che per questo essa faceva diventare blu scuro il BTB.

A questo punto il tutor ha fatto notare che quando per sciogliere il BTB in polvere era stata usata dell'acqua minerale che contiene bicarbonato, main quel caso la soluzione diventava azzurra e non blu scura. Per la spiegazione è bastato leggere l’etichetta della bottiglia isata per la preparazione del BTB, in cui la quantità di bicarbonato presente è meno della metà di quella dell'acqua usata per l'esperimento.

Per concludere l'esperienza il tutor e i bambini hanno ricostruito uno schema di tutti i colori e le interazioni del BTB.

Esperienza realizzata dai bambini della classe 3° della scuola Castelnuovo di Recanati, con il tutor Alfredo Tifi

Un'esperienza simile è descritta in questa pagina.

I bambini avevano a disposizione una bottiglia di acqua minerale e del BTB in polvere che è stato versato nell'acqua e fatto sciogliere.
Ai bambini è stato consegnato un bicchiere contenente BTB e una cannuccia e sono stati invitati a soffiare nel bicchiere e ad osservare ciò che avveniva.

Questi i commenti.

• Graziano: Il BTB si è mischiato con l'aria e si è scolorito. Anzi, ha cambiato colore, è diventato giallo: il BTB e l'aria hanno interagito.
• Lucia: E' l'aria che fa cambiare colore al BTB, ma possiamo gonfiare i palloncini con l'aria dei nostri polmoni e far "mischiare" più aria.

Poi Apollonia ha gonfiato un palloncino con il proprio fiato, mentre Gaetano ha usato una piccola pompa per gonfiarne un altro e ha proposto di mischiare anche l'aria del pallone gonfiato con l'aria esterna.

• Maria Letizia: Credo che il palloncino di Apollonia farà rimanere il BTB dello stesso colore giallo mentre quello in cui si "mischierà" l'aria esterna diventerà di un altro colore.

I bambini hanno fatto gorgogliare l'acqua nei due bicchieri contenenti BTB giallo.

• Marcello: Il BTB giallo è diventato di nuovo verde con l'aria esterna.
• Francesco: Invece quello "mischiato" con il nostro fiato è rimasto dello stesso colore giallo.  
• Valeria: L'aria dei nostri polmoni non fa cambiare colore, quindi di sicuro le due arie sono "diverse".

Un bambino ha affermato che l'aria esterna è più inquinata perchè ci sono lo smog e il fumo.
Per provarlo, qualcuno ha avanzato l'idea di far entrare "l'aria piena di fumo" nel bicchiere per farla interagire con il BTB.
Per farlo, i bambini hanno arrotolato un foglio di carta, lo hanno acceso e quando ha cominciato a "fare fumo", un bambino lo ha posizionato al centro del bicchiere coprendolo con le mani.

Il BTB ha cambiato colore, diventando di un blu brillante.

• Lucia: Allora è nel nostro fiato che c'è qualcosa di diverso dall'aria esterna che respiriamo: è l'anidride carbonica che prende il posto dell'ossigeno!

Ora i bambini avevano tre bicchieri con il BTB di tre colori diversi.
Il BTB giallo è stato versato in un contenitore di plastica trasparente, che viene messo sull'armadietto insieme ai bicchieri contenenti il BTB verde e il BTB blu.

• Domenico: Secondo me il BTB giallo cambierà colore.
• Lucia: Cambierà colore anche il BTB blu, solo quello verde resterà uguale.
• Mattia: Quello verde cambierà colore quando sarà "finito" tutto il fumo, perchè interagirà con l'aria esterna che c'è nell'aula.
• Domenico: Domani mattina vedremo se è vero ciò che abbiamo ipotizzato.

Le immagini dell'esperienza

Esperienza realizzata il 10-02-2005 dai bambini della classe 4° B della scuola elementare di via dell'Aia di Scanzano Jonico, con la maestra Maria Rosaria Filippelli e il tutor Antonietta Lombardi

Un'esperienza simile è descritta in questa pagina.

Qualche volta succede che qualcosa ci colpisce, ci incuriosisce, ci domandiamo come potrebbe funzionare e magari ce lo immaginiamo e quando non è possibile esplorare ciò che ci ha interessato possiamo pensare dei sistemi possibili di funzionamento. Se non funziona, il nostro modello va modificato.

LA SCATOLA BIANCA

Abbiamo osservato che la scatola aveva due buchi  su due facce opposte, da uno usciva un filo bianco e dall’altro un filo nero ma la cosa strana era  che tirando un filo l’altro veniva trascinato dentro e  il primo non cambiava colore come ci si aspettava, continuava ad uscire tutto nero o tutto bianco.

Quali sono stati i nostri pensieri?

Potremmo dire che il rumore che si sentiva provenire dall’interno è stato un indizio utile per farci ricordare qualche nostra esperienza in cui quel rumore c’era  o gli assomigliava. Per esempio ad Asmaa  ha fatto pensare ai fusi che servono per filare la lana (che lei ha visto usare) a Silvia il rumore del rocchetto della macchina per cucire, ad altri , ingranaggi e rotelle. Vedere che il filo se lo tiravi da una parte trascinava con sé anche l’altro ci ha fatto capire che dovevano essere collegati e non potevano esserci due “aggeggi”. Federico aveva con sé (ha sempre tanti “aggeggi “ ) un rocchetto, abbiamo annodato due fili di colori diversi sul rocchetto e infilato una matita nel rocchetto. Tenendo ferma la matita , il rocchetto era libero di muoversi ed infatti il nostro modello  funzionava. Tirando l’estremità rosa quella verde si arrotolava, srotolando quella verde si arrotolava quella rosa.

Guarda il video del modello prototipo del meccanismo della scatola bianca

Guarda il video della scatola bianca

LA SCATOLA ROSSA

La seconda scatola era rossa, il rumore che  proveniva dal suo interno era minore dell’altra. Abbiamo visto che se tiravi tutti e due i fili la scatola , appoggiata sul tavolo, si muoveva solo dalla parte del filo rosso. Se tiravi il filo rosso il giallo entrava di più, invece se tiravi quello giallo il rosso entrava di meno.Infatti la cosa strana  era che tirando il filo giallo di 30 cm. il filo rosso si accorciava di 17cm.. Abbiamo detto in classe come poteva  accadere perché il professore ci aveva detto di immaginare il funzionamento così come hanno fatto gli scienziati con il Sole perché “…non ci si può andare”. Abbiamo capito che c’erano due rullini, ma come faceva? Abbiamo discusso molto e alla fine abbiamo capito che doveva esserci uno più grande e uno più piccolo , così abbiamo creato un modello. La maestra  è andata a prendere un tubetto di colla, pensando di doverne cercare poi uno  più piccolo ma Asmaa, intuendo quello che la maestra stava pensando, si è accorta che nel tubo del vinavil erano presenti già grandezze diverse. Abbiamo arrotolato, allora, i due fili, uno sul tappo e uno sul contenitore, ci abbiamo provato e dopo un po’ ci siamo riusciti;  il mistero era ormai risolto.

Guarda il video della scatola rossa

LE NOSTRE SCATOLE MAGICHE

In occasione della festa della mamma abbiamo realizzato queste scatole magiche per fare gli auguri e… sorprendere! Riusciranno le nostre mamme a capire cosa c’è dentro?

Esperienza realizzata il 28 aprile 2005, dai bambini della classe 4° B della scuola Le Grazie di Recanati con l'insegnante Pina Feliciotti e il tutor Alfredo Tifi

I problemi che i bambini hanno dovuto affrontare, lavorando a piccoli gruppi, consistevano nel dover separare un sistema di aghetti e lenticchie e un sistema di aghetti, lenticchie e sale, entrambi mescolati all’interno di un barattolino.

I sei gruppi avevano a disposizione un barattolino col fondo pieno di buchi, ma non sapevano a cosa servisse.

Aghetti e lenticchie

Alcuni bambini hanno iniziato a separare gli aghetti dalle lenticchie manualmente, ma in tutti i casi si sono poi resi conto che l’operazione poteva essere molto più rapida e divertente usando il barattolino con i buchi, dai quali potevano passare solo gli aghetti. Non in tutti i casi i bambini hanno pensato di chiudere il barattolino mentre lo agitavano, per cui alcune lenticchie uscivano e venivano singolarmente recuperate a mano. Alla fine tutti avevano il sottosistema lenticchie nel barattolo e il sottosistema aghetti nel piattino.

Discussione

Qual è la principale differenza tra i due sottosistemi?
Gli aghetti sono piccolini e fini
Perché si sono separati gli aghetti dalle lenticchie?
Perché sono piccoli e passavano dai buchi
Perché le lenticchie non passano attraverso i buchi?
Perché sono grandi
Quale proprietà può essere “grande” e “piccola”?
Nessuna risposta
Giallo verde e marrone cosa sono?
Colori
Allora la proprietà del giallo e marrone è il colore. E qual è la proprietà del grande e piccolo?
Dimensione

Aghetti, lenticchie e sale fino

Agli stessi gruppi è stato consegnato un nuovo barattolino contenente, stavolta anche il sale fino in aggiunta a lenticchie e aghetti, con il compito di separare i due sottosistemi di prima. Essi disponevano anche di acqua. Alcuni bambini hanno detto che usando lo stesso metodo di prima sarebbe passato anche il sale. Quindi abbiamo detto loro che serviva un metodo per separare il sale dalla pastina. A cosa può servire l’acqua? Un bambino ha chiesto se la pastina si scioglie con l’acqua e gli altri bambini hanno risposto di no, mentre il sale sì. Quindi, prima di operare i bambini hanno stabilito le tappe: 1. separare le lenticchie dagli altri due sottosistemi; 2. aggiungere acqua per sciogliere il sale e poi scolare l’acqua salata, lasciando gli aghetti nel piatto.
I bambini hanno operato come stabilito e notato che il sale si scioglieva del tutto, ma che l’acqua salata e scolata nei bicchieri non era perfettamente limpida: c’era una polverina. Inoltre gli aghetti bagnati si attaccavano tutti uno all’altro.

Discussione

Che succedeva se mettevate l’acqua subito nel bicchieretto?
Si bagnavano anche le lenticchie; gli aghetti si compattavano e non uscivano più facilmente dai buchi
Se uno volesse recuperare il sale a cristalli, come dovrebbe fare?
Facciamo evaporare l’acqua
E il sale non evapora?
No
Perché?
Perché l’acqua evapora e il sale no.
Avete mai visto il sale lasciato fermo in un barattolo aperto evaporare?
No
E l’acqua?
Sì
Ecco, allora avete ragione voi perché avete portato delle prove, non basta dire sì o no! Prima avete separato le lenticchie grazie alle diverse dimensioni. Ora come si chiama la proprietà che vi ha fatto dividere il sale dagli aghetti?
Che si scioglie.
Più o meno, sì. La capacità di sciogliersi è una proprietà con l’accento sulla a e si chiama solubilità. Conoscete qualche altro materiale che ha la solubilità in acqua?
Lo zucchero.
Avete mai visto lo zucchero a velo?
Sì
Che differenza c’è con quello normale?
È più fino
Con le dita si riesce a prendere un piccolo pezzetto singolo di zucchero normale?
Sì
E di quello a velo è possibile prendere un solo pezzetto senza usare la lente?
No! I pezzetti sono piccolissimi!

Esperienza realizzata il 28 aprile 2005 dalla classe 3ª A della scuola Castelnuovo (Recanati)