Percorso per la classe quinta

In questa sezione sono trattati i concetti chiave di energia e modello.

Le attività relative ai concetti di energia e di modello possono essere collocate flessibilmente in un percorso che parte dalla quarta elementare e arriva alla scuola media, selezionandole in base al loro livello di complessità.

Il concetto fisico di energia non può essere definito accuratamente a livello di scuola primaria, ma il suo uso nella vita quotidiana e nelle scienze è talmente diffuso che deve essere incluso tra i concetti chiave. Ci sono diversi aspetti connessi a tale concetto che possono essere ben compresi e applicati correttamente dai bambini e dall’insegnante, senza rischiare di commettere errori o di creare misconcezioni, pertanto l’energia assolve al ruolo di organizzatore mentale per l’alfabetizzazione scientifica. Gli aspetti fondamentali dell’energia adatti alla scuola primaria sono riassunti nella mappa concettuale1 che dice innanzitutto che l’energia non ha peso, non è un fluido né un materiale.
Inoltre si nota che sistemi possiedono varie forme di energia e la scambiano tramite lavoro o calore. Pertanto, il calore e il lavoro non sono forme di energia, come comunemente si insegna, ma quantità di energia trasferita con date modalità (il calore a causa di differenze di temperatura e il lavoro a causa di forze non equilibrate). Quindi un sistema può essere caldo (cioè essere a temperatura elevata) ma non può “possedere calore”. Il calore è definito per un processo di “travaso” di energia che avviene nel tempo e non per un sistema “fermo” nel suo stato.

Le forme di energia che un sistema può possedere sono innumerevoli (la mappa mostra solo alcuni esempi comuni), ma tutte sono costituite da due componenti universali: energia cinetica (posseduta dai corpi in movimento) ed energia potenziale (energia accumulata, in forma più o meno provvisoria, all’interno di sistemi capaci di modificare la propria struttura). L’energia interna di un sistema è la somma di tutte le varie forme di energia da esso possedute.

L’energia viene spesso classificata in base alle diverse fonti, o sorgenti (muscolare, solare, chimica, elettrica, nucleare, eolica, sonora, ecc.). Ogni sorgente segna la fase iniziale della catena energetica, altro concetto fondamentale. L’energia fornita o prodotta dalla sorgente è in genere trasmessa, attraverso un mezzo, ad un sistema che deve utilizzare tale energia (utilizzatore). Il sistema utilizzatore in genere trasforma l’energia in altre forme utili, che ne consentono l’utilizzo.

Durante la trasmissione e l’utilizzo, l’energia si degrada, ovvero si disperde in altre forme senza però mai distruggersi. La catena si conclude con tale fase di dispersione a forme di energia inutilizzabili. Tutti i processi di interazione e trasformazione dell’energia comportano una parziale dissipazione di energia. Per comprendere come l’energia possa cambiare forma il prerequisito è il concetto di conservazione. Questo concetto non può essere affrontato in termini quantitativi se non a partire dalla scuola media. Alle elementari il concetto di conservazione si può solo inquadrare, per esempio, col semplice esempio della bolletta energetica, dove si paga l’energia in base alla quantità totale assorbita, indipendentemente dagli utilizzi che se ne fanno e che possono essere i più diversi. Anche l’analogia delle forme di ricchezza totale (risparmi, immobili, liquidi ecc.), che possono essere convertite senza modificare l’ammontare totale, può aiutare a comprendere la conservazione nelle “transazioni” tra le varie forme di energia.

In sintesi l’idea di energia che gli allievi possono ricavare, al livello della primaria, è che essa “misuri” la capacità di provocare trasformazioni nei sistemi. Le virgolette indicano che non esiste, praticamente, uno strumento che misura direttamente l’energia, analogo a un termometro per la misura della temperatura.
Alcune esperienze proposte per le medie prevedono una determinazione indiretta dell’energia in joule o in calorie tramite misure di variazioni di temperatura. Tutte le altre esperienze sono qualitative. In questa forma, il concetto di energia è un’estensione di quello di interazione: non c’è trasferimento di energia tra due sistemi senza interazione, e non c’è interazione che non comporti scambio energetico.
Tra le attività proposte ce ne sono alcune che evidenziano le interazioni a distanza e il trasferimento di energia ad esse associato.

Come il concetto di energia, quello di modello può essere proposto a partire dalla quarta elementare. Alcune attività, con le macchine operatrici, si possono iniziare anche nel primo biennio. Il percorso prosegue poi nella scuola media (modello particellare, modelli delle trasformazioni chimiche, macchine operatrici complesse, riconoscimento di pattern, studio di modelli matematici dei fenomeni). In alternativa l’intero percorso potrebbe essere avviato direttamente nella scuola media.

Alcune esperienze sul concetto di modello condotte nelle classi quinte sono riportate in questa pagina.


1. Dalla mappa concettuale si accede a dei testi di approfondimento a carattere divulgativo (di Albert Einstein) e a una mappa concettuale esperta che tratta specificamente del concetto di calore, alla quale si farà riferimento nelle esperienze sui concetto di calore e temperatura.

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