Istituto Comprensivo "C. Bassi" Castel Bolognese
Scuola Media "G. Ungaretti" Solarolo

PROGETTO SCIENTIFICO E TECNOLOGICO
Anno scolastico 2000/2001

 CONTRIBUTO ALL'AREA TEMATICA 1

"Processi di cambiamento e di trasformazione"

Per navigare l'ipertesto "Macchina a Vapore", clicca qui

MOTIVAZIONI

L'area 1 del progetto SeT prevede lo studio di fenomeni che evidenzino il mutamento degli stessi nel tempo come avviene nei sistemi biologici e tecnologici. 

Lo studio della macchina a vapore offre la possibilità di osservare molte trasformazioni che avvengono nel tempo come le seguenti:

• da stato liquido a stato di vapore;
• da un livello termico ad un altro;
• da energia termica a meccanica;
• da moto rettilineo a moto circolare;
• da reagente a prodotto di reazione.

CONOSCENZE NECESSARIE PER POTER AFFRONTARE LO STUDIO DELLA MACCHINA A VAPORE

• temperatura e calore (già introdotte nella classe prima)
• i passaggi di stato;
• le leve;
• il moto rettilineo e il moto circolare;
• la pressione atmosferica;
• le reazioni chimiche: la combustione;
• i materiali.

Poiché gli allievi non hanno tutte queste conoscenze allo stato attuale si intende procedere alla realizzazione delle unità di lavoro opportune per fornire loro tali prerequisiti.

CLASSI

Classi seconde a tempo flessibile in un laboratorio a classi aperte.

TEMPI

Sottomoduli di 10/ 20 ore nei quali trattare le unità di lavoro elencate. La maggior parte delle attività verrà effettuata nel laboratorio scientifico la cui programmazione è inserita nel POF che prevede due ore pomeridiane settimanali per tutto l'anno. 

Inoltre alcune attività saranno effettuate nelle ore curricolari dai docenti di Educazione tecnica, Inglese, Storia e Scienze.

OBIETTIVI FORMATIVI

Diventare consapevoli della funzione della tecnologia nel produrre trasformazioni socio-economiche.

 OBIETTIVI DIDATTICI 

1. abituare all'osservazione di fenomeni complessi;
2. potenziare la capacità di analisi sistematica della complessità;
3. acquisire la capacità di formulare ipotesi e verificarle sperimentalmente;
4. acquisire la consapevolezza che la scienza produce modelli interpretativi della realtà;
5. saper rappresentare con disegni, oggetti o linguaggio multimediale le situazioni fenomenologiche osservate;
6. potenziare la capacità di formalizzare un percorso con vari linguaggi;
7. sviluppare capacità progettuali e produttive, anche attraverso attività pratiche e manuali;
8. sviluppare competenze relativamente alla ricerca, alla comunicazione dell'informazione con l'ausilio delle nuove tecnologie multimediali;
9. abituarsi ad inserire all'interno di un percorso storico il divenire della scienza e delle tecnologie, cogliendo gli aspetti sociali ed economici e le trasformazioni connesse.

 METODI

Scomposizione e studio di un fenomeno complesso attraverso il metodo sperimentale, il metodo dell'analisi tecnica, della riproduzione in scala tramite modelli reali descrittivi e o funzionali e della simulazione tramite modelli virtuali.

UNITA' DI LAVORO

• Le leve.
• Passaggi di stato.
• Il moto.
• La pressione.
• I materiali.
• La combustione.
• L' evoluzione delle tecnologie e le conseguenze storiche.
• La macchina a vapore.

STRUMENTI E MATERIALI NECESSARI

Modellino di macchina a vapore.

Laboratori: multimediale, scientifico e di attività manuali, presso la scuola media.

Laboratori: di fucina e tecnologico presso l'I.T.I.S. di Faenza.

SEQUENZA DI ESPERIENZE FONDAMENTALI

1. Osservazioni introduttive tramite analisi di modelli reali e multimediali di "macchine a vapore".
2. Ricerca sperimentale della legge d'equilibrio della leva.
3. Individuazione di leve nelle situazioni tecnologiche.
4. Costruzione di un termoscopio e taratura.
5. Esperienza di fusione del ghiaccio e di ebollizione dell'acqua.
6. Esperienze sul potere calorifico dei combustibili.
7. Introduzione operativa di un sistema di riferimento per lo studio del moto.
8. Semplici esperienze per ricavare gli elementi del moto relativi al sistema di riferimento.
9. Studio operativo della legge del moto rettilineo uniforme con l'uso di un tubo di 2 o 3 metri pieno d'acqua con una bolla d'aria.
10. Esperienza sul moto accelerato con la rotaia a zolfo.
11. Il moto a traiettoria circolare: costruzione di modellini di moto circolare e che mostrano la trasformazione da moto rettilineo a moto circolare.
12. Costruzione operativa del concetto di pressione atmosferica attraverso la formulazione sequenziale delle seguenti ipotesi sperimentali:
    • un fluido non occupa uno spazio se l'altro fluido non esce
    • il vuoto non ci può essere
    • la pressione di un fluido si trasmette in tutte le direzioni.                          

    Ogni volta un esperimento provoca la crisi dell'ipotesi fino a raggiungere il modello che meglio interpreta ciò che osserviamo.

13. Analisi sperimentale della combustione della cera di candela.
14. Prove tecniche sulle proprietà caratteristiche dei metalli con particolare attenzione al ferro e alle sue leghe (fisico-chimiche, meccaniche e tecnologiche).
15. Costruzione di modellini e studio di meccanismi presenti nella macchina a vapore; trasmissione e trasformazione del movimento e automatismi.
16. Esperienza di osservazione del funzionamento di un mulino ad acqua come la macchina di Smeaton.
17. Esperienza con modellini che riproducono la trasformazione dell'energia della pentola di Papin.
18. Analisi dei vari tipi di valvola esistenti nella tecnologia vecchia e nuova.
19. Osservazioni conclusive dei precedenti modelli di macchina a vapore alla luce delle conoscenze acquisite nel percorso sperimentale svolto.

SIMULAZIONI

Costruzione di modelli virtuali al computer con animazioni interattive. 

MATERIALI DA PRODURRE

• Materiale cartaceo e informatico del percorso svolto.
• Modellini in realtà virtuale e non.

VERIFICHE

Attraverso la ricostruzione della macchina a vapore in fase di realtà virtuale e attraverso l'osservazione del contributo degli alunni in condizioni problematiche.

 SCHEDE

Allegato 1: scheda utilizzabile per l'analisi tecnologica.

Allegato 2: scheda utilizzabile per la stesura della relazione scientifica. 

Allegato 3: tavola che riassume l'evoluzione delle tecnologie e le conseguenze storiche. 

BIBLIOGRAFIA

Francesco Dalla Valle, "I gas e le loro leggi ".

M.Arcà P. Guidoni "Guardare per sistemi, guardare per variabili",  EMME Ed.

Theatrum Machinarum, Museo universitario della strumentazione scientifica dell'Università di Modena e Reggio Emilia

 G.Arduino, "Risorse e Tecnologie", Lattes 

PSSC, Fisica, Zanichelli 

G. Rinaudo, F.Pisani, La natura delle cose, Loescher 

A.Camilli, M.Valeri, Elementi di chimica, Paravia 

I docenti:

Prof.ssa Giovanna Foschini

Prof. Luciano Piazza