15. Didattica delle scienze della Terra: risolvere problemi
In questa lezione abbiamo esaminato una attività didattica tratta dal testo: Earth science puzzles: making meaning from data di Kim Kastens e Margie Turrin, edito dalla National Science teachers Association. Il materiale didattico correlato a questo testo è disponibile in rete: link
In questa pagina si riporta una sintesi (tradotta in italiano) dei vari punti affrontati in questa attività didattica, che potremmo anche cercare di adattare alla nostra situazione locale e pensare come una attività inquiry-based (IBSE, v. qui). Qualcuno vuole provarci? ...
Dove è andata a finire l'acqua?
Il problema
Questa è la fase che, nelle 5E della metodologia IBSE, è indicata con "engagement", cioè il coinvolgimento degli studenti. L'idea è che se si è direttamente coinvolti in un problema, oppure se si è partecipi (razionalmente e/o anche emotivamente) del contesto in cui il problema deve essere risolto, allora si attivano una serie di meccanismi che facilitano l'apprendimento.
Qui siamo di fronte a un bacino idrografico, una stazione idrica e a dati meteorologici. Il problema da affrontare potrebbe essere raccontato in modi diversi:
Versione strettamente fattuale: E' stata installata una stazione di misura sul fiume Cascade Brook per misurare la quantità di acqua che raggiunge la comunità a valle del bacino. Verifichiamo se i dati della stazione sono in accordo con i dati di piovosità medi annuali per lo stesso bacino.
Versione legata strettamente alle esigenze di una comunità locale: E' stata installata una stazione di misura sul fiume Cascade Brook per misurare la quantità di acqua che raggiunge la comunità a valle del bacino. La comunità locale dipende totalmente dall'aqua raccolta in questo bacino idrografico e effettua un monitoraggio delle precipitazioni all'interno dello spartiacque da diversi anni. Dal momento che esiste una stazione idrica sul corso d'acqua, la comunità si chiede se le quantità misurate di precipitazione corrispondono al flusso misurato nella stazione. Se solo una parte delle precipitazione scorre attraverso la stazione, la comunità teme che i propri rifornimenti idrici saranno insufficienti.
Versione legata ad un problema specifico. E' stata installata una stazione di misura sul fiume Cascade Brook per misurare la quantità di acqua che raggiunge la comunità a valle del bacino. E' stata richiesta al Comune l'autorizzazione ad aprire un campo da golf, completo di impianto di irrigazione per mantenerlo verde utilizzando il corso d'acqua. Il Comune ha monitorato le precipitazioni all'interno dello spartiacque per diversi anni e adesso vuole controllare se i dati della stazione idrica corrispondono con i dati meteorologici. Se dalla stazione idrica passa meno del 90% dell'acqua piovana, il progetto del campo di golf non verrà approvato.
Raccogliere informazioni
Intanto discutiamo alcuni termini che possono essere poco noti o addirittura sconosciuti e che richiedono ulteriori informazioni. Cosa è un bacino idrografico, cosa è uno spartiacque, cosa si misura in una stazione idrica di un certo corso di acqua...
Lo spartiacque è la linea che divide due bacini idrografici; da parti opposte di questa linea di separazione, l'acqua fluisce in una diversa direzione, riversandosi e alimentando diversi corsi d'acqua o addirittura diversi bacini marini. Per tracciare uno spartiacque, si uniscono quindi tutti i punti di massima quota, perpendicolarmente alle curve di livello (= direzione di massima pendenza) ottenendo una linea continua che delimita un bacino idrografico.
Il bacino idrografico è l'area topografica (nel nostro caso identificabile in una valle) di raccolta delle acque che scorrono sulla superficie del suolo e nel sottosuolo, confluenti verso un determinato corpo idrico (nel nostro caso un corso d'acqua) che dà il nome al bacino stesso.
Nell'attività didattica proposta lo spartiacque è già riportato sulla carta topografica. Eventualmente, è possibile chiedere di completare la curva, utilizzando la carta riportata nella prima figura seguente. Cliccare sull'immagine piccola per vedere la curva completa.
Uno strumento importante è la carta topografica (cliccare sull'immagine a destra per ingrandirla). A seconda dell'età degli studenti, è possibile affrontare questo argomento facendo alcuni esercizi preparatori sul rapporto di scala, le curve di livello (isoipse), i simboli cartografici.
Si tratta di competenze di base, che sono importanti per qualsiasi cittadino che (1) sia consapevole dell'ambiente in cui vive, e (2) abbia gli strumenti per capire e decidere - per esempio - dell'uso del territorio in cui vive. Esistono molte situazioni in cui è richiesto di leggere una carta, e le carte topografiche sono le più usate. (Nota: argomento da affrontare - al più tardi - in prima superiore, in collaborazione con l'insegnante di geografia).
Prendiamoci del tempo per osservare la carta, individuare la posizione della stazione, ricostruire mentalmente l'aspetto 3D del bacino idrografico che ci interessa. Segniamo sulla carta il corso d'acqua, riconosciamo strade, aree più o meno ripide ecc.
(Nel linguaggio dell'Inquiry-Based Scientific Education: fase EXPLORE)
Orientarsi sulla mappa. Scrivere il nome vicino al corso d'acqua, indicare con una freccia la direzione in cui il corso d'acqua fluisce. In che direzione rispetto ai punti cardinali fluisce? Indica dove si trova la stazione idrica. Indica il confine del bacino idrografico.
Utilizzando la griglia riportata sulla carta, la cui maglia quadrata misura 100 metri di lato, valuta l'area del bacino idrografico. Includi tutti i quadrati che si trovano dentro il bacino per più del 50%. Mostra il lavoro fatto, includendo le unità di misura.
Riflettere sui dati
EXPLAIN (spiegare): focalizzare l’attenzione su alcuni aspetti delle esperienze fatte, chiarire i concetti scientifici, utilizzare il lessico scientifico appropriato, discutere le idee (anche errate) emerse.
Calcola adesso il volume dell'acqua che cade in un anno in questo bacino, sapendo che le precipitazioni ammontano a 114 centimetri all'anno. Mostra il lavoro fatto, includendo le unità di misura.
La tabella qui sotto mostra il volume dell'acqua che attraversa la stazione di monitoraggio ogni mese dell'anno (dati di osservazione). Suggerisci qualche ragione (inferenze) per cui il valore varia così tanto da un mese all'altro.
Qual è il volume nell'intero anno? Mostra il lavoro fatto, includendo le unità di misura.
Cercare una spiegazione
ELABORATE (elaborare): approfondire e rinforzare la comprensione di ciò che si è appreso, applicandolo in situazioni nuove.
Adesso si tratta di confrontare il volume misurato di acqua con quello ipotizzato sulla base delle precipitazioni. Sono valori simili?
Facciamo delle valutazioni quantitative, per esempio esprimiamo il volume di acqua misurato alla stazione come percentuale del volume di acqua dovuto alle precipitazioni.
Sulla base di quanto è noto, è possibile suggerire qualche spiegazione (ipotesi) sul perché i due valori sono diversi?
Discutere tra pari
EVALUATE (valutare): auto-valutare la propria comprensione di quanto appreso e le abilità acquisite; valutazione da parte dell’insegnante circa il raggiungimento degli obiettivi didattici.
Discutere le varie ipotesi avanzate, e prepararsi a giustificare la propria ipotesi sulla base di evidenze scientifiche
