Temperatura & Calore: il problema particellare della materia

Con questo post, inizia la pubblicazione di un tema  "hard" dal punto di vista didattico sia per la sua complessità che per il suo estremo grado di astrazione, che costituisce, quest'ultimo, un limite alla comprensione da parte di giovani alunni.

Se l'argomento è, infatti, di non facile approccio per gli studenti delle superiori e nemmeno all'università, ve lo assicuro per averlo sperimentato personalmente( la mia specializzazione è proprio in Fisica delle particelle elementari), immaginate quanto possa esserlo alla scuola secondaria di 1° grado.

Ho pensato, quindi, di condividere con i  colleghi di Scienze, eventualmente interessati, i risultati di un'esperienza, condotta qualche hanno fa con una mia allora classe 2° media, che potrebbero tornare utili.

Ecco di cosa si tratta.

ARGOMENTO: "Temperatura, Calore e il problema dela struttura particellare della materia"

• ALUNNI DESTINATARI: classe 2° media
• PERIODO DI TRATTAZIONE: da marzo a giugno dell'anno di riferimento, per due ore settimanali.

RIFLESSIONI PRELIMINARI SUGLI ASPETTI DIDATTICI CONNESSI CON L’INTRODUZIONE DEL MODELLO PARTICELLARE

L’introduzione del modello particellare ingenera, molto spesso, negli studenti idee concettualmente errate che, spesso, rischiano di assumere un carattere permanente e/o che sono difficili da rimuovere in seguito.

Pertanto, la finalità del lavoro in oggetto è quella di affrontare l’argomento sulla base dei concetti che sono effettivamente alla portata dei ragazzi di questa età, esaminando alcune applicazioni di diffuso interesse didattico e tentando di mettere in rilievo alcune frequenti idee errate.

In tale quadro di riferimento, i concetti di temperatura e calore possono fornire un concreto apporto alla comprensione del modello sotto l’aspetto microscopico, che è poi, come sappiamo, quello più difficile da comprendere per il suo alto grado di astrazione legato alla impossibilità di una osservazione diretta.

Inoltre, gli stessi concetti di temperatura e calore possono essere utilmente affrontati e approfonditi creando le basi adeguate per la comprensione della loro esatta natura e differenza, che a volte non risultano, invece, di chiara comprensione.

I problemi didattici, da affrontare, sono sicuramente non lievi per cui sorge spontaneo chiedersi se sia o no opportuno presentare ad allievi di scuola media il modello particellare della materia.

Personalmente, credo che, avendo posto in prima le necessarie basi sperimentali, il modello particellare risulti proponibile, con le dovute cautele a partire dalla seconda.

Naturalmente, tale modello non deve essere affrontato in un singolo episodio didattico ma essere ripreso, integrato e precisato nel tempo secondo le accresciute capacità mentali degli allievi. Soltanto in tal modo si può sperare che questi possano maturare una corretta integrazione tra modello e realtà prevenendo il consolidamento di idee errate.

NOTA
Non si farà riferimento ad atomi o molecole né tantomeno si parlerà della loro struttura. Si intenderà riferirsi, con il termine particelle, semplicemente a piccolissime parti di materia, tanto piccole da non potersi rilevare neanche con il microscopio elettronico.

PREREQUISITI E COMPETENZE PREGRESSE

La classe 2°, destinataria della sperimentazione, aveva già affrontato  in prima gli stati fisici della materia e lavorato sulla tematica dell’acqua, delle sue proprietà e dei suoi cambiamenti di stato.

Aveva sperimentato l’approccio fenomenologico alle questioni scientifiche suddette ed ha avuto a che fare con la temperatura e il calore trattando appunto i passaggi di stato fisico dell’acqua.

Aveva osservato come la temperatura rimanga costante, durante la trasformazione, fino a quando il cambiamento di stato, qualunque esso sia, non abbia interessato tutta l’acqua presa in una ben determinata quantità. Aveva  costruito tabelle di rilevamento dati  temperatura/tempo per l’ebollizione dell’acqua e per la fusione del ghiaccio, realizzando i grafici corrispondenti.

Ecco la mappa del percorso sperimentale, i cui nodi saranno sviluppati nei post successivi.
Sarebbe interessante raccogliere i vostri commenti ai fini di un confronto costruttivo.

Al prossimo post.