T. 10

T. 10: L’aprenentatge dels fenòmens físics i els canvis químics. Planificació i realització d’experiències per a l’estudi de propietats, característiques i comportament de la matèria i l’energia.


1. Introducció S’anomenen fenòmens físics a aquells processos en els quals no canvia la naturalesa de les substàncies ni se’n formen d’altres de noves, de manera que es conserva l’original. Així, la seva estructura interna no pateix cap modificació. modificació. No s’han de confondre, però, amb les propietats físiques. Uns exemples d’aquests podrien ser qualsevol dels canvis d’estat de l’aigua , ja que si li apliquem una font de calor de forma constant, aquesta bull i es transforma en vapor d’aigua, passant de líquid a gas. Dit d’una altra manera, les seves partícules estan ordenades de forma diferent. També seria el cas d’una barreja d’aigua i sal , ja que s’observa com aquesta es dissol fàcilment a l’aigua i la dissolució resultant presenta present a un gust salat. Per aquest motiu, les substàncies inicials segueixen presents, presents, ja que si l’escalfem fins que bulli, la sal restarà al fons del recipient. Un altre exemple podria ser el fet de trencar un full de paper, ja que la substància roman (continuem tenint el paper original). Igualment, el pas d’un corrent elèctric per un filament, per posar altres casos... Per altra banda, els canvis químics són aquells en els quals té lloc una transformació de la matèria, de manera que no es conserva la substància original i fins i tot poden formar-se d’altres substàncies noves. Uns exemples d’aquests serien: la combustió que es produeix quan cremem un paper i es transforma en cendres, i que durant el procés es desprèn fum (inicialment disposàvem disposàvem de paper i oxigen, i en concloure, tenim cendres i diòxid de carboni). Un altre cas, la corrosió produïda si deixem un tros de ferro durant un temps t emps a la intempèrie, s’oxida i perd les seves sev es propietats originals (disposàvem de ferro i oxigen i la substància final és òxid de ferro). És el cas de qualsevol reacció química, en la qual les substàncies substà ncies originals han canvi canviat, at, com en la reacció de l’hidrogen i el diòxid de carboni per a formar midó, o l’efecte que es produeix quan reaccionen hidrogen i oxigen per a formar aigua. 2. L’aprenentatge L’aprenentatge dels fenòmens físics i els canvis químics a Primària Coneixement del medi natural, social i cultural a L’àrea de Coneixement a l’etapa de Primària pretén proporcionar una visió científica científic a general del món. El seu desenvolupament ha de fomentar entre l’alumnat el plaer d’observar, conèixer i descobrir; li ha de permetre d’entendre alguns fenòmens físics i químics que s’esdevenen en el seu entorn (estats físics de la matèria o canvis en el físic d’una persona, senzills canvis químics com la respiració, combustió, la fermentació, l’oxidació de metalls,...); ha d’apropar-lo a la comprensió de la dinàmica científico-tecnològica de la societat; ha de procurar-li el creixement intel·lectual en una manera de fer científica i ha de promoure-li formes d’actuar coherents amb el coneixement coneixement científic. Una preocupació constant en aquesta etapa ha de ser les concepcions que els nens/nes tenen sobre la interpretació dels fets que els envolten per tal de posar al seu abast els mitjans que els permetin modificar els esquemes o les respostes mancades de bagatge científic, ja que sovint aquestes preconcepcions preconcepcions queden molt consolidades consolidades i és molt difícil de substituir-les. El mestre/a ha d’intentar donar resposta als interrogants que l’observació de la realitat planteja, o bé oferir ocasions per contradir cont radir creences o suposicions molt arrelades arr elades en el pensament popular, però totalment injustificades. La constatació de fets, la proposta d’activitats experimentals que contradiuen les experiències dels infants, el plantejament d’interrogants ben seleccionats i el debat d’idees diferents entre companys, són tècniques metodològiques variades que el mestre pot fer servir per tal de mantenir l’interès i la dinàmica de treball. En l’ensenyament del coneixement d’aquests fenòmens cal donar un relleu considerable a les experiències viscudes pels alumnes en el seu entorn. La connexió del treball escolar amb les qüestions que hi ha presents en la realitat quotidiana garanteixen la participació activa dels alumnes en l’adquisició dels nous coneixements. Els continguts propis d’aquesta àrea s’escullen en funció de l’interès que desperten en aquests moments evolutius de l’infant. Es vol potenciar la curiositat i no permetre que el nombre

-1-


de qüestions que formula l’alumnat disminueixi al llarg de l’escolaritat. Es recomana que no s’explicitin aquelles nocions científiques massa distants de l’experiència i del coneixement del nen/a i que, per tant, no podrien ser assimilades significativament. Cal, en primer lloc, promoure activitats amb l’objectiu d’ensenyar el procediment com a tal, considerat de vital importància en el coneixement del medi natural, i proposar als alumnes exercitar diferents estratègies i tècniques , com a eina valuosa i necessària. Es tracta de realitzar un treball experimental que conduirà a l’observació, comprovació o descobriment de determinats fets o fenòmens. És a dir, en aquest cas introduirem els procediments com a instruments per accedir al coneixement i la descripció de la realitat. Una bona formació científica requereix que els/les alumnes s’adonin que succeeixen fets diversos al seu entorn i que els fenòmens o esdeveniments que es produeixen tenen una explicació. L’atzar és esporàdic i l’arbitrarietat en el món físic no té lloc. El científic es basa en dades experimentals repetibles i busca les causes d’aquests fenòmens. Malgrat tot, no sempre té resposta als interrogants ni té l’explicació de tots els fenòmens que s’esdevenen. És fonamental, en qualsevol cas, la disciplina, l’ordre i el rigor . Al llarg del currículum són diversos els fenòmens que els alumnes poden interpretar. Cal escollir-los de forma que siguin fàcilment observables i que es lligui el seu estudi amb vivències quotidianes i contrastar les explicacions rebudes amb les interpretacions prèvies que els nois/es hi donaven. Un fenomen físic, un procés vital, un canvi químic, un esdeveniment geològic es produeixen al llarg del temps. Convé remarcar que el temps transcorre, que els successos tenen una durada, que el temps pot mesurar-se i que els intervals poden tenir una llargada no abastable per la nostra capacitat d’apreciació. En el transcurs de l’etapa de Primària, els alumnes han d’aconseguir un coneixement de la matèria que contingui elements per comprendre progressivament tres conceptes bàsics: la unitat de l’estructura de la matèria, la diversitat de formes de presentar-se i la seva conservació en tots els canvis físics i químics que no inclouen la desintegració. Per això cal que els conceptes de propietats dels objectes i de propietats dels materials es tinguin ben assolits. Un altre pilar bàsic en el coneixement científic és el concepte d’ energia. Són quatre els aspectes que inclou la seva conceptualització: transferència, transformació, conservació i degradació. És convenient que al llarg d’aquesta etapa els dos primers aspectes quedin ben assolits, i que es posin les bases per adquirir més endavant els dos últims nivells, en cursos superiors. Serà aleshores quan comencin a conèixer branques de la ciència com la Química i la Física. Caldrà introduir els alumnes dels darrers cicles de l’etapa en la Física, encara que sigui a un nivell molt bàsic, ja que aquesta ciència estudia les propietats de la matèria i l’energia, essent una de les branques més fonamentals de les ciències naturals, ja que serveix de suport essencial a la resta d’elles. La característica de la Física com a ciència fonamental es deu a que estudia les propietats bàsiques i generals de la matèria, com són el moviment i les forces que actuen sobre els cossos, així com també la seva estructura. Aquesta ciència obté els coneixements al voltant del comportament de la matèria mitjançant l’experimentació, i aquest serà el nostre objectiu: dur a terme experiments que ajudin a la comprensió d’alguns fenòmens físics i canvis químics. De la mateixa manera, els introduirem en el coneixement elemental de la Química, ciència bàsica que permet conèixer el comportament de la matèria, i que permet a l’home transformarla en benefici propi (medicaments, aliments, productes industrials, pesticides i fertilitzants i objectes d’ús comú, nous materials, fonts d’energia...). 2. Experiències d’estudi de les propietats Són moltes les experiències que podem dur a terme amb els nostres alumnes al voltant de l’estudi de les propietats, les característiques i el comportament de la matèria i energia. No pretenem ser exhaustius, però, a tall d’exemple proposem les següents: · Coneixement, ús, neteja i conservació d’utillatge de laboratori i instruments de mesura bàsics · Ús de tècniques per a la recol·lecció, conservació i anàlisi de mostres, per a una posterior identificació i classificació d’aquestes -2-


· Realització de diversos experiments científics i disseny d’algun senzill aparell · Coneixement dels diferents estats físics de la matèria · Pràctica amb mescles de substàncies i identificació de substàncies pures · Experimentació al voltant de diverses transformacions químiques amb distintes substàncies · Predisposició a l’observació i a la interpretació de fenòmens que s’esdevenen al nostre entorn · Realització d’experiències que palesin fenòmens físics, canvis químics, tot observant l’efecte de la modificació de variables que hi intervenen · Interrogació davant fenòmens i fets per buscar-ne l’explicació científica, tot rebutjant-ne explicacions supersticioses o mítiques · Valoració de les solucions històriques donades per la ciència a problemes plantejats pels humans i les solucions tecnològiques que milloren la nostra qualitat de vida · Interpretació dels canvis químics senzills relacionats amb els fenòmens més usuals de la vida quotidiana (reaccions de combustió, l’oxidació dels metalls, la fermentació...) · Realització d’experiències senzilles sobre fenòmens físics i químics de la matèria, plantejant-se hipòtesis prèvies, seleccionant el material necessari, registrant els resultats i comunicant les conclusions, oralment i per escrit, per mitjans convencionals i amb l’ús de les TIC · Maneig -a nivell bàsic- del concepte de matèria i energia i la seva conservació · Experimentació de la separació de components d’una mescla mitjançant processos com la destil·lació, la filtració, l’evaporació o la dissolució · Explicació de fenòmens físics observables en termes de diferències de densitat o la flotabilitat en un mitjà líquid · Domini del concepte d’energia i els canvis, de fonts i usos de l’energia · Observació de la intervenció de l’energia en els canvis produïts en la vida quotidiana · Reconeixement de les principals fonts d’energia: renovables i no renovables · Importància del desenvolupament energètic, sostenible i equitatiu, responsabilitat individual en el seu consum · Identificació de diferents formes d’energia, i les seves transformacions simples · Coneixement de màquines que funcionen amb diversos tipus d’energia · Valoració de la rellevància d’alguns dels grans invents i de la seva contribució a la millora de les nostres condicions de vida

3. La matèria Podem afirmar que tots els cossos estan formats por matèria, sigui quina sigui la seva forma, tamany o estat. Però no tots ells estan formats pel mateix tipus de matèria, sinó que estan compostos de substàncies diferents. Per a examinar la substància de la que està compost un cos qualsevol, aquest pot dividir-se fins a arribar a les molècules que el constitueixen. Aquestes partícules tan petites són invisibles als nostres ulls; amb tot, mantenen totes les propietats del cos complet. A la vegada, les molècules poden dividir-se en els elements simples que la formen, anomenats átoms. Un àtom és la part més petita que forma part d’un sistema químic. És la mínima quantitat d’un element químic que presenta les mateixes propietats de l’element. Tot i que la paraula ’’àtom’’ deriva del grec atomos, que vol dir ’’indivisible’’, els àtoms estan formats per partícules encara més petites, les partícules subatòmiques. En general, els àtoms estan composats per tres tipus de partícules subatòmiques. La relació entre aquestes són les que confereixen a un àtom les seves característiques: · electrons (tenen càrrega negativa i són les més lleugeres) · protons (tenen càrrega positiva i són unes 1836 vegades més pesades que els electrons) · neutrons (no tenen càrrega elèctrica i pesen aproximadament el mateix que els protons) Als protons i neutrons, se’ls anomena nucleons, ja que es troben agrupats al centre de l’àtom, formant el nucli atòmic, que és la part més pesada de l’àtom. Orbitant al voltant d’aquest nucli, s’hi troben els electrons. Els àtoms són les unitats bàsiques de la Química, i es conserven durant les reaccions químiques, durant les quals els àtoms es reorganitzen, canviant els enllaços entre ells, però no es creen ni es destrueixen. Els àtoms s’agrupen formant molècules i altres tipus de materials. Cada tipus de molècula és la combinació d’un cert nombre d’àtoms disposats d’una manera concreta (p.e. la molècula d’aigua -H 2O- conté dos àtoms d’hidrogen enllaçats a un d’oxigen, i la molècula de metà -CH -4 conté sempre quatre àtoms d’hidrogen, units a un de carboni). -3-


4. La matèria: tipus, estats i característiques Podem concloure que hi ha diferents tipus de matèria: · orgànica: engloba tots aquells materials d’origen animal o vegetal, descomposats per l’acció de microorganismes · matèries primeres: productes naturals o poc processats, usats en processos industrials o de fabricació, tals com el cotó, la fusta, la llana, les roques i minerals, el petroli... entre d’altres. Trobem, a la vegada, diferents estats de la matèria, depenent de les condicions de pressió i temperatura: · sòlid: li confereix als cossos la capacitat de suportar forces sense deformar-se · líquid: té la capacitat de fluir i d’adaptar-se a la forma del recipient que la conté · gasós: en ell, les partícules són capaces d’ocupar tot l’espai del recipient que el conté (s’expan deixen) La matèria presenta, a més, formes distintes, les quals tenen uns trets que ens permeten distingir entre uns objectes i uns altres. El color, l’olor i la textura són propietats de la matèria que ens ajuden a diferenciar-los. Les principals característiques de la matèria són aquestes: · la matèria és discontínua, està constituïda per petites partícules iguals, no visibles a simple vista. · les partícules estan en continu moviment, en totes les direccions i a diferents velocitats · la distància entre les partícules és major que la mida de les mateixes · entre les partícules existeixen diverses forces atractives (en els líquids, es troben molt pròximes; en els gasos, molt separades i en els sòlids es troben ordenades i vibren) 5. L’energia En Física, l’energia és una quantitat escalar continguda en qualsevol sistema físic. L’energia d’un sistema físic també és la seva capacitat per realitzar un t reball (en la pràctica, però, no es pot utilitzar fàcilment tota l’energia emmagatzemada en un sistema per produir treball). L‘energia, per tant, és una quantitat abstracta que no es pot visualitzar fàcilment. En Física, existeixen moltes equacions que permeten calcular quanta energia i de quin tipus conté un sistema determinat. Un dels principis de la Física clàssica és el de la conservació de l’energia. Avui dia, gràcies a la Teoria de la Relativitat , sabem que l’energia es pot transformar en massa, i a l’inrevés, d’acord a la famosa equació d’Einstein: E = mc 2 . Així, el principi de conservació s’aplica conjuntament a la massa i a l’energia, ja que d’acord amb aquesta mateixa teoria, la massa i l’energia es poden intercanviar. Aquesta magnitud física abstracta, lligada a l’estat dinàmic d’un sistema tancat, roman invariable amb el temps. Un enunciat clàssic (Newton) de la mateixa defensa que ’’l’energia no es crea ni es destrueix, només es transforma’’ . 6. L’energia: tipus, fonts i sistemes energètics Existeixen diferents tipus d’energia, atenent a diversos criteris o classificacions: · energia cinètica (és la que posseeix un cos per raó del seu moviment) · energia potencial (és la capacitat d’un cos per realitzar treball en raó de la seva posició en un camp de forces) · energia química (és un tipus d’energia potencial, que es pot alliberar mitjançant el trencament o formació d’enllaços químics) · energia d’ionització (és la mínima necessària per ionitzar un àtom o molècula) · energia elèctrica (és un tipus d’energia potencial relacionat amb la posició d’una càrrega elèctrica en un camp elèctric) · energia electromagnètica o radiant (és l’existent en un mitjà físic, causada per ones electromagnètiques, mitjançant les quals es propaga directament sense desplaçament de la matèria) · energia atòmica o nuclear (és l’obtinguda per la fusió o fissió dels nuclis atòmics) -4-


La utilitat de cadascun dels tipus d’energia es valora segons la seva capacitat per produir treball útil per unitat de massa o volum. Així, l’energia que té més qualitat serà la més concentrada (com per exemple, el petroli, el carbó, l’urani...), mentre que la que té una qualitat menor es trobarà dispersa o en grans volums; per aquest motiu, encara que es presenta en grans quantitats, la seva utilitat pràctica serà escassa (com la calor emmagatzemada als mars, els vents suaus...). De la mateixa manera, podem dir que hi ha diferents fonts d’energia: · fonts d‘energia renovables (són virtualment inesgotables, ja que són capaces de regenerar-se per vies naturals) · eòlica (aprofita la força del vent, recollida en uns aerogeneradors) · geotèrmica (aprofita l’escalfament produït a l’interior de la terra) · hidràulica (aprofita el corrent dels rius i salts d’aigua) · mareomotriu (aprofita la diferència d’altura de les masses d’aigua marina) · solar (aprofita la radiació solar, recollint-la en uns grans plafons) · biomassa (procedeix de la fusta, residus agrícoles i els fems animals) · fonts d‘energia no renovables (es troben a la natura en una quantitat limitada i un cop consumides en la seva totalitat, no poden renovar-se) · convencionals: ús de combustibles fòssils (carbó, petroli i gas natural) · nuclear : aprofita la gran energia despresa en la reacció de l’urani Finalment, s’anomena sistema energètic el conjunt de processos realitzats sobre l’energia des de les seves fonts originàries fins als seus usos finals. En general, les fases d’un sistema energètic seran les següents: a) procés de captura o extracció de l’energia primària (que té la finalitat d’aconseguir l’energia de la font original: p.e. la perforació d’un pou petrolífer) b) procés de transformació en energia secundària (que consisteix a generar la font d’energia que es podrà emprar directament: p.e. refineria de petroli > benzina) c) transport dels recursos energètics secundaris fins al lloc on s’utilitzarà (p.e. transport dels combustibles a partir de mitjans de transport terrestre i marítim -principalment-). d) consum de l’energia secundària (p.e. ús de l’automòbil) 7. Comportament de la matèria i l’energia: la Física La Física (del grec phusikos: ’’natural’’ i phusi s: ’’natura’’) es la ciència que estudia la natura en el seu sentit més ampli, ocupant-se del comportament de la matèria i l’energia, i de les forçes fonamentals de la natura que governen les interaccions entre les partícules. Els descobriments de la Física troben aplicació en totes les altres ciències naturals, ja que la matèria i l’energia són els components bàsics del món natural. Algunes de les propietats estudiades en Física són comunes a tots els sistemes materials, com la conservació de l’energia. Aquestes propietats són sovint anomenades lleis físiques. De vegades s’ha dit que la Física és la ’’ciència fonamental’’, perquè les altres ciències (Biologia, Química, Geologia...) tracten amb determinats tipus de sistemes materials que obeeixen les lleis de la Física. Així, per exemple, la química és la ciència de les molècules i els components químics que aquestes formen en grans quantitats. Les propietats dels components químics vénen determinades per les propietats de les molècules, les quals són descrites amb precisió per dist intes àrees de la Física (com la Mecànica Quàntica, la Termodinàmica i l’Electromagnetisme). La Física està estretament relacionada amb les Matemàtiques. Les Matemàtiques proporcionen a la Física el llenguatge i les eines necessàries que permeten obtenir una f ormulació precisa (quantitativa) de les lleis físiques i els fenòmens que aquestes impliquen. Això, de retruc, fa possible que es puguin verificar (o descartar) els resultats predits experimentalment. Les teories físiques són gairebé sempre expressades en forma de relacions matemàtiques, i les matemàtiques requerides acostumen a ser més complicades que les d’altres ciències. Una diferència bàsica entre Física i Matemàtiques és que la Física s’ocupa, en última instància, de les descripcions del món material, mentre que les Matemàtiques tracten amb abstraccions que no depenen d’ell. Val a dir que la distinció no sempre és òbvia: hi ha una gran quantitat d’investigació a mig camí entre Física i Matemàtiques (coneguda amb el nom de Física Matemàtica, dedicada a desenvolupar l’estructura matemàtica de les teories físiques). Tantmateix, aquesta unió entre Matemàtiques i Física amaga un aspecte ben sorprenent, i és que la Física també fa les seves aportacions a les Matemàtiques. -5-


8. Bibliografia ALIBERAS, J. (1989): Didàctica de les ciències Ed. Eumo. Vic. CAMPANARIO, J.M.-MOYA, A. (1999): ¿Cómo enseñar ciencias? Principales tendencias y propuestas Universitat Autònoma de Barcelona. Barcelona EISBERG, R.M.-LERNER, L.S. (1983): Física: fundamentos y aplicaciones Ed. McGraw-Hill. Madrid.

-6-

T. 10

Recommend Documents