Introduzione

Questo intervento didattico mira alla determinazione della densità di un corpo (e più in generale di un materiale) come attività di scoperta. Sicuramente i ragazzi avranno già più o meno consapevolmente constatato che i corpi “hanno pesi” diversi, che alcuni galleggiano e altri no… ma sicuramente non avranno ancora razionalizzato questi concetti. Nel fornire queste competenze si è cercato di non “calare tutto dall’alto”, ma di far sì che gradualmente i ragazzi giungano ad una reale comprensione di quali fattori sono in gioco nel calcolare una densità.

Livello scolare

Si pensa di effettuare il discorso in una prima media (ma il percorso didattico può essere anche posticipato), dopo la definizione delle proprietà macroscopiche della materia (con relative unità di misura [I1] ) [E1] [E2] [E3] [E4].

Prerequisiti

L’intervento presuppone di aver già definito cosa si intende per volume e massa di un corpo ed aver fatto esperimenti di misura di queste grandezze. Dato che l’intervento si concentra sulla determinazione della densità (e non del peso specifico o del principio di Archimede anche se prevede prove di galleggiamento) non è necessario aver già trattato argomenti quali vettori o forze.[Es1] [Es2] [Es3] [Es4] [Es5] [Es6] [Es7] [Es8] [F1] [F2] [F3] [F4] Sarà invece naturale il collegamento alla matematica (concetto di rapporto e di proporzionalità diretta), alla geometria [Es1] [Es2] [Es3] [Es4] [Es5] [I1][F1] [F2] [F3] [F4] [F5] ed eventualmente, se già affrontata, alla geometria analitica[E1] [F1] [F2] [F3] [F4] [F5] [F6] [F7] [F8] (per la parte relativa ai grafici).

Obiettivi

Partendo da una serie di osservazioni, previsioni, misure e discussioni collettive si cerca di far scoprire cosa sia effettivamente la densità di un corpo, quali grandezze implichi e in che relazione. La formalizzazione e la definizione saranno costruite passo-passo dagli studenti .

Obiettivi disciplinari:

comprendere ed acquisire il concetto di densità

separare i concetti di massa e di volume e comprenderne la relazione

utilizzare un approccio macroscopico per avvicinarsi alle proprietà microscopiche della materia

prepararsi alla concettualizzazione di corpo puro (sostanza)

comprendere le relazioni tra grandezze diverse, considerando la proporzionalità sotto vari punti di vista (rapporto, proporzione, percentuale)[I1][I2][I3][I4][I5]

comprendere/rafforzare il concetto di proporzionalità diretta e inversa, attraverso attività pratiche e grandezze esperibili

saper effettuare delle misure[E1] [F1] [F2] [F3]

imparare ad effettuare scelte opportune nelle unità di misura[I1]; affinare la comprensione del significato dell'approssimazione dei numeri decimali

introdurre il concetto di spinta di Archimede

Obiettivi metodologici ed educativi:

sviluppare capacità critiche di analisi e ragionamento

valutare e comprendere l'errore sperimentale

apprendere un “metodo scientifico” di ricerca che procede per ipotesi, previsioni, verifiche sperimentali, correzioni in itinere

saper argomentare le proprie ipotesi

imparare a raccogliere dati e fare previsioni su situazioni incognite a partire da condizioni note o sperimentabili

sviluppare la capacità di porsi problemi e ipotizzare soluzioni diverse

educare al lavoro di gruppo ed alla cooperazione

allenare la capacità di “negoziare” soluzioni all'interno di un gruppo

Competenze interessate

Osservare e produrre previsioni

Misurare masse e volumi

Organizzare i dati in tabella

Disegnare un grafico

Mettere in relazione grandezze e scoprire leggi di proporzionalità[E1] [E2] [E3] [E4] [F1] [F2] [F3] .

Contenuti

Prove di galleggiamento

Misure di masse e volumi

Determinazione matematica dell’espressione della densità

Collegamenti interdisciplinari

Informatica

Aritmetica

Geometria solida

Contesto

Si pensa di svolgere l’attività con differenti modalità (indicate punto per punto): individuale, di piccolo gruppo o discussione plenaria. Gli allievi vengono forniti di schede che guidano le loro riflessioni e di alcuni semplici strumenti di lavoro (bilancia, calibro e contenitore graduato) oltre che di una serie di oggetti da misurare. Le discussioni plenarie possono prevedere la compilazione di mappe concettuali e cartelloni riassuntivi delle loro scoperte. Per favorire l'apprendimento si può utilizzare come modello didattico il cooperetive learning[E1] [E2] [E3] [Es1] [Es2] [E3] [Es4] [Es5] [Es6] [Es7] [Es8] [Es9] [Es10] [Es11] [F1] [F2] [F3] [F4] [F5] [F6] [F7] [F8][I1][I2] .

Descrizione delle attività

Proponiamo alcune attività che hanno l'obiettivo di approdare con i ragazzi ad una definizione di densità come “quantità di materia contenuta in una quantità di spazio unitaria”, ovvero a ricavare la densità d come rapporto fra la massa m del corpo e il volume V occupato dal corpo stesso:

d = m / V (1)

Nella parte finale del percorso didattico viene prodotto un grafico dal quale invece si potrà, qualora si fosse già introdotto in classe il concetto di proporzionalità diretta, evidenziare il valore della densità come costante di proporzionalità (caratteristica di un materiale in un dato stato termodinamico) fra massa e volume:

m = d x V (2)

Per giungere alla formula (1) impostiamo le prime otto attività sullo studio del fenomeno del galleggiamento/affondamento di solidi in acqua. L'attività 9 invece riguarda il confronto fra liquidi di diversa densità ed un accenno al comportamento dei gas.