Valutazione Formativa

I tuoi studenti possono usare i dati per ragionare che l’aria è materia?

Disponibile online su inquiryproject.terc.edu

Le indagini degli studenti su solidi e liquidi hanno fornito la prova che questi materiali hanno peso e occupano spazio e sono quindi materia. Ora gli studenti cercano la prova che l’aria (un gas) ha peso e occupa spazio ed è anch’essa materia. Questa indagine è la prima di una sequenza di quattro in cui gli studenti studiano le proprietà dell’aria. Nonostante la nostra capacità di muoverci liberamente nell’aria, gli studenti stabiliscono che l’aria occupa spazio mentre manipolano un sistema di siringhe accoppiate. Attraverso una convincente dimostrazione di palloncini, si stabilisce anche che l’aria ha un peso.

Alla fine di questa indagine gli studenti avranno la prova che l’aria occupa spazio, ha peso e, quindi, è materia. Gli studenti saranno introdotti all’idea che l’aria è composta da particelle troppo piccole e troppo distanziate per essere viste.

Obiettivi di apprendimento

• Capire che l’aria occupa spazio, ha peso, ed è materia composta da particelle troppo piccole e troppo distanziate per essere viste

Materiali e preparazione

Preparazione:

• Tagliare dodici pezzi lunghi 16 pollici dalla bobina di tubo di plastica trasparente da 1/4 di pollice
• Assemblare due serie di palloncini doppi da 16 pollici. Un palloncino doppio è un insieme di due palloncini, con un palloncino inserito nell’altro palloncino. Far scorrere i palloncini sull’estremità della gomma di una matita aiuterà l’inserimento di un palloncino dentro l’altro.
• Premere saldamente un tappo di gomma sulla punta della pompa per palloncini (vedi foto).
• Praticare l’utilizzo della pompa per palloncini per gonfiare e legare un palloncino doppio. Solo il palloncino interno deve essere legato. Usare una mano per spremere i palloncini contro il tappo di gomma. Con l’altra mano, usa un movimento rapido e continuo della maniglia della pompa per gonfiare il palloncino doppio fino a raggiungere la dimensione massima.
• Esegui perfettamente una bilancia a doppio piatto che ha un palloncino doppio non gonfiato in ogni piatto.

Nota: Se non puoi usare palloncini in lattice nella tua classe, guarda il video Balloons on a Pan Balance online su inquiryproject.terc.edu, Grade 5 curriculum, Resource Quick Links o Investigation 13.

Per la classe:

• Affiggere la domanda di indagine in un posto dove tutti gli studenti possano vederla.
• Foglio 2 (Vedere i collegamenti rapidi alle risorse)
• 1 bilancia a doppio piatto, perfettamente bilanciata con un palloncino doppio non gonfiato in ogni piatto
• 1 pompa per palloncini con tappo di gomma inserito sulla punta
• 2 set di palloncini doppi da 16 pollici
• Video Palloncini su bilancia a piatto

Per ogni gruppo:

• 2 tubi da 16″ di plastica trasparente da 1/4 di pollice
• 4 siringhe da 12cc

Concept Cartoon

Il Concept Cartoon “L’aria ha peso” è tipicamente usato come valutazione formativa alla fine di questa indagine.

Rassegna

Rassegna alcune delle idee importanti su ghiaccio, acqua e particelle.

• Quando un contenitore d’acqua si congela, o un contenitore di ghiaccio si scioglie, il peso rimane lo stesso.
• Usiamo il peso per misurare e tenere traccia della quantità di materia.
• Quando l’acqua si congela, il suo volume aumenta.
• Quando il ghiaccio si scioglie, il suo volume diminuisce.
• Quando l’acqua si congela o il ghiaccio si scioglie, le proprietà cambiano ma il materiale no.
• Ghiaccio e acqua sono stati diversi dello stesso materiale.
• La condensazione si forma dal vapore acqueo nell’aria.
• La condensazione è l’inverso del processo di evaporazione.
• Gli scienziati credono che tutta la materia sia fatta di particelle troppo piccole da vedere.
• Nel ghiaccio, le particelle sono bloccate insieme, anche quando vibrano, e mantengono la loro forma.
• Nell’acqua, le particelle scivolano e si scontrano l’una con l’altra, e prendono la forma del loro contenitore.

Chiedete agli studenti se vogliono fare aggiunte o modifiche.

Lancia il nuovo filone

Spiega che gli studenti stanno per trascorrere quattro lezioni di scienze sull’aria. Quando le particelle sono raggruppate insieme, possiamo vedere la materia e usare i nostri strumenti in classe per misurare il peso e il volume. Quando le piccole particelle sono separate, non possiamo vederle. Il vapore acqueo è un esempio di un materiale le cui minuscole particelle sono separate e quindi non possiamo vederle. L’aria è un altro esempio. L’aria è in realtà una miscela e il vapore acqueo fa parte dell’aria.

La domanda di indagine di oggi è:

L’aria è materia?

Gli studenti hanno misurato il peso e il volume dei materiali solidi e liquidi e hanno stabilito che sono materia. Oggi gli studenti usano alcuni nuovi strumenti per cercare prove per determinare se l’aria è materia o meno.

Prima di distribuire i tubi e le siringhe, ricorda agli studenti che se l’aria è materia, deve occupare spazio. Una domanda è:

Quali posizioni assumono gli studenti? Assicuratevi di sentire gli studenti che hanno posizioni su entrambi i lati della domanda. Chiedete agli studenti di fare un’affermazione e di fornire le prove o il ragionamento su cui si basa la loro affermazione.

Dare a ogni coppia di studenti due siringhe e un tubo di plastica trasparente lungo 16 pollici, per allestire il seguente sistema:

• Impostare lo stantuffo di ogni siringa al centro del suo cilindro (la linea dei 6 cc).
• Premere un’estremità del tubo di plastica trasparente sulla punta di ogni siringa.

Descrivere questa configurazione come un sistema.

• Le 2 siringhe, il tubo e l’aria.

• Come il sistema a 2 bottiglie, le siringhe collegate costituiscono un sistema chiuso. Nulla può entrare o uscire una volta che il sistema è stato impostato.

• L’esterno dei tubi e delle siringhe.

Fate esplorare il sistema agli studenti. Non servono più di un minuto o due agli studenti per esplorare come funziona il sistema. Il punto è far loro sperimentare una situazione in cui l’aria occupa chiaramente spazio.

• Cosa succede quando spingi uno stantuffo molto lentamente senza toccare l’altro stantuffo?
• Cosa succede quando spingi uno stantuffo molto velocemente senza toccare l’altro stantuffo?
• Hai trovato prove che l’aria occupa spazio?

Raccogli le siringhe mentre gli studenti scrivono una risposta alla pagina nei loro quaderni di scienze.

Pesare i palloncini

Tutta la classe 15 minuti di quaderno

Il peso dell’aria

Se prendi una tazza d’acqua da un grande vaso puoi sentire il suo peso. Se si versa di nuovo quell’acqua nella pentola, non ci si aspetta che quel peso faccia sprofondare l’acqua sul fondo della pentola e ci rimanga, come se fosse una roccia. L’acqua della tazza si mischierà con il resto dell’acqua e andrà alla deriva come se fosse senza peso, perché ha la stessa densità dell’acqua nella pentola.

Per la stessa ragione, qualsiasi quantità specifica di aria nell’atmosfera sembra essere senza peso. Tuttavia, l’aria ha un peso. La pressione dell’aria, di cui sentiamo parlare nei bollettini meteorologici, deriva dal peso dell’aria. Poiché viviamo con la pressione dell’aria intorno a noi, e anche dentro di noi (ad esempio, i polmoni) non la percepiamo. Anche le bilance non percepiscono il peso dell’aria, perché sono completamente circondate dalla pressione dell’aria.

Un modo per dimostrare che un campione d’aria ha peso è renderlo più denso dell’aria circostante. In questo caso, il campione affonderà nell’atmosfera. L’aria fredda è più densa di quella calda; più particelle sono stipate in ogni centimetro cubo. Apri la porta del congelatore e sentirai l’aria fredda che si riversa verso il pavimento. L’aria compressa è più densa dell’aria non compressa, con più particelle stipate in ogni centimetro cubo.

Perché un palloncino doppio?
Un palloncino resiste all’allungamento, quindi quando viene gonfiato comprime le particelle d’aria più vicine tra loro, rendendo l’aria più densa di quella non compressa nella stanza. Un palloncino doppio offre ancora più resistenza ad essere gonfiato, e comprime le particelle d’aria ancora più vicine tra loro, rendendo l’aria racchiusa abbastanza densa da far sì che una quantità delle dimensioni di un palloncino faccia pendere l’ago della bilancia.

Gli studenti potrebbero non aver bisogno di queste informazioni. La dimostrazione parla da sola.

Ricorda agli studenti che se l’aria è materia, deve avere peso. Una domanda è:

L’aria ha peso?

• No, non si può sentire l’aria e non si registra su una bilancia.
• Sì, perché il mio pallone da calcio si sente più pesante dopo che l’ho gonfiato d’aria.

Quali posizioni prendono gli studenti? Assicurati di sentire gli studenti con posizioni su entrambi i lati della domanda. Chiedi agli studenti di fare un’affermazione e di fornire le prove o il ragionamento su cui si basa la loro affermazione.

Palloncini doppi sulla pompa ad aria

Mostra agli studenti i palloncini doppi non gonfiati posti su ogni lato della bilancia a doppio piatto. Fate notare che i due lati si bilanciano e quindi ci sono pesi uguali su entrambi i lati. Poi, chiedete agli studenti di immaginare che i palloncini su un lato della bilancia siano gonfiati.

• Cosa osserveremo se l’aria non pesa nulla?
• Cosa osserveremo se l’aria ha un peso?

Utilizzare la pompa per palloncini (con il tappo di gomma) per gonfiare una serie di palloncini doppi fino alla loro dimensione massima. Usare una pompa per palloncini per gonfiare un palloncino evita di aggiungere umidità dai tuoi polmoni al palloncino, il che a sua volta aiuta a stabilire il fatto che l’aria “secca” ha peso.

Balloni doppi con un set riempito d’aria sul sistema a doppio tegame

Legare l’apertura del palloncino interno e riportare il palloncino doppio gonfiato alla bilancia del doppio tegame. Il piatto con il doppio pallone gonfiato si muoverà verso il basso.

Abbiamo la prova che l’aria ha un peso?

Gli studenti registrano le loro risposte sulla pagina del loro quaderno di scienze.

Scopo della discussione

Lo scopo di questa discussione è di aiutare gli studenti a dare un senso ai risultati delle esperienze di oggi, che forniscono la prova che l’aria ha peso e occupa spazio. Gli studenti possono sentire che i risultati di oggi sono in conflitto con altre esperienze che hanno avuto con l’aria. Concentrate la discussione sulla domanda dell’indagine: L’aria è materia?

Coinvolgi gli studenti nella domanda principale?

L’aria è materia o no?

• L’aria occupa spazio? Qual è la tua prova?
• L’aria ha peso? Quali sono le tue prove?

Affermazione o posizione: L’aria occupa spazio:

• Quando prendo una grossa boccata d’aria, il mio petto si espande.
• Un palloncino gonfiato occupa più spazio di un palloncino non gonfiato.

Affermazione o posizione: L’aria non occupa spazio:

• Posso camminare nell’aria. (Possiamo anche camminare attraverso l’acqua, ma siamo d’accordo che l’acqua occupa spazio.)
• Quando un’aula è “piena” d’aria, come può esserci spazio per gli studenti che vi entrano? (A differenza delle siringhe, l’aula è un sistema aperto; quando gli studenti entrano, spingono una parte dell’aria fuori)

Affermazione o posizione: L’aria ha un peso:

• Quando abbiamo aggiunto aria ad una serie di palloncini l’equilibrio è sceso dalla parte con il palloncino gonfiato.

Affermazione o posizione: L’aria non ha peso:

• Le bilance non registrano il peso dell’aria.
• Non possiamo sentire il peso anche se ce n’è molta sopra di noi.

Riassume la discussione e ricapitola l’indagine

Riassume gli argomenti per ogni posizione. Vedi se c’è consenso per l’argomento che l’aria occupa spazio e ha peso, e quindi, è materia.

Pensare all’aria come materia, che la mette nella stessa categoria della sabbia, della ghiaia e dell’acqua nei mini-laghetti, può richiedere un aggiustamento nel nostro pensiero.

Ricorda agli studenti il sale disciolto. È facile pensare al sale come materia, ma anche dopo che le particelle di sale sono diventate troppo piccole e troppo distanziate per essere viste, il sale ha mantenuto il suo peso e ha continuato ad occupare spazio: ha mantenuto la sua classificazione come materia. Questo può essere il collegamento più forte che gli studenti possono fare tra l’aria e un’altra sostanza che accettano come materia.

Ripetete il concetto che l’aria ha peso e occupa spazio, e quindi è materia. La ragione per cui non possiamo vedere l’aria è che le particelle sono minuscole in una scala difficile da immaginare e sono sparse molto lontano. In una giornata ventosa, è più facile percepire la presenza dell’aria.