Analizzare le strutture che trasformano, all’interno di un edificio abitabile, un combustibile in energia termica

Unità di apprendimento di Tecnologia per la classe prima
di Alessandro Lanza

Compito unitario. Realizzare una presentazione multimediale nella quale si possa esporre, con immagini e schemi, il sistema di un impianto di riscaldamento domestico, che trasforma un combustibile (dato in entrata) in energia termica (effetto desiderato).

Competenza. Organizzare il proprio apprendimento, individuando, scegliendo ed utilizzando varie fonti ed esperienze.

Obiettivi di apprendimento (leggi).

Obiettivi formativi. L’alunno:

  • rileva le proprietà dei combustibili e le caratteristiche dei sistemi di combustione domestica;
  • riflette sui contesti e sui processi in cui trovano impiego i sistemi di riscaldamento;
  • utilizza strumenti multimediali per elaborare dati lavorando in gruppo secondo uno schema progettuale rispettoso dei tempi e degli spazi di tutti.

Attività laboratoriali. Fase 1. Scoprire le strutture del sistema. Chiediamo agli alunni se, per riscaldare l’ambiente, è possibile accendere un falò al centro dell’aula. Dopo gli inevitabili e divertenti commenti, invitiamo i ragazzi a scrivere sul quaderno quattro motivi per non procedere in questo intento.
Trascorsi cinque minuti, si socializzano i risultati. Ecco ciò che si può ottenere:

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Non compare il termine combustione, ma oltre a legna, fumo, fiammiferi ci sono stereotipi e genericità;  fa inoltre capolino la benzina ad indicare la non conoscenza dei pericoli connessi all’azione del bruciare qualcosa.
Procediamo per gradi. Incontrando determinati materiali a rapida combustione, interrompiamo il lavoro e diamo spiegazioni specifiche, in modo che il concetto di pericolo sia ben chiaro in ciascun ragazzo.
Alla lavagna scriviamo una serie di domande, preparate in precedenza, in modo da monitorare il grado di conoscenza dei termini non usuali. In alternativa, per nostra comodità, sempre che ce ne siano i mezzi, possiamo distribuire fotocopie del questionario, oppure proiettarlo sulla Lim.

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Dopo aver corretto il questionario, costruiamo i concetti, utilizzando l’apposito modello logico1  in modo da strutturare e consolidare l’insieme delle conoscenze che riguardano sia l’apprendimento e la sua organizzazione, sia l’esposizione corretta e funzionale di quanto appreso.

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Limitiamoci in questa fase alle prime due domande, considerando che siamo in una classe prima e che ciò che desideriamo ottenere dovrà essere materiale per le successive attività di didattica di ritorno.
Al fine di aiutare gli alunni, consiglieremo l’uso di dizionari ed enciclopedie e forniremo link per le ricerche nel web. Dovremmo ottenere risultati semplici, adatti al livello della classe, ma corretti sotto il profilo formale e sostanziale, del tipo:

– Un combustibile è una sostanza chimica. Serve per produrre energia termica. Si ottengono anche fumo e ceneri.
– Un comburente è una sostanza chimica. Serve per ossidare il combustibile nella reazione di combustione. Senza il comburente, non si ha la combustione.
– La caldaia è uno scambiatore termico. Serve per cedere il calore prodotto dalla combustione all’ambiente esterno o a un sistema di raccolta, normalmente a circolazione di acqua calda.
– La cenere è il residuo solido della combustione, un prodotto da smaltire. Serve, in alcuni casi, come fertilizzante del terreno.

Fase 2. Scoprire il percorso per liberare l’energia termica in un edificio abitabile. Sul quaderno, gli alunni hanno il materiale sufficiente, sotto l’aspetto linguistico e logico, per analizzare il sistema. Proponiamo l’utilizzo dello strumento “scatola nera”2 per sviluppare il pensiero predittivo intorno agli elementi costitutivi e ai principi di funzionamento di quel tipo di artefatto. Alla lavagna, o con la Lim, disegniamo la proposta d’inizio.

foto4aPrima di avviare il lavoro di scoperta e di analisi, sulla base dei concetti stilati, facciamo notare che l’energia termica è il prodotto della combustione dei materiali utilizzati, per cui è nascosta, trattenuta, all’interno di essi e che è misurabile.
Il potere calorifico di un combustibile è calcolato in base a diversi fattori, relativi alla massa dei singoli elementi costituenti il materiale che entrano nella combustione (carbonio, idrogeno, zolfo) contenuti in un chilogrammo di prodotto. Avremo quindi, come per tutte le grandezze fisiche, un’unità di misura: il MJ/kg (mega joule per chilogrammo) per il S.I. e, nella forma precedente, il kcal/kg (chilocalorie per chilogrammo). Nel sito http://it.wikipedia.org/wiki/Potere_calorifico troviamo una tabella riepilogativa.
Dentro la scatola nera gli allievi dovranno scoprire quale congegno permette la combustione sicura di un combustibile, all’interno di un edificio abitabile. Tra le varie analisi, un gruppo ha proposto il seguente schema che però non può essere inserito così com’è nella “scatola” perché contiene elementi interni ed esterni alla struttura.

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È necessario, a questo punto, aggregare i termini e assegnarli alla porzione adatta dello strumento. La riflessione guidata non deve fornire soluzioni, ma portare gli alunni ad inserire i termini legna, gasolio, metano nella sezione dei dati in entrata, mentre stufa, caminetto e caldaia devono essere aggregati alla voce camera di combustione e inseriti nella parte mediana, quella della scatola nera. Otterremo, quindi:

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Dobbiamo far notare che la camera di combustione non è completamente isolata dal contesto abitativo e che deve avere alcuni accessori fondamentali.
La discussione che segue serve a collegare le conoscenze empiriche possedute dai ragazzi, derivanti da ciò che hanno visto in casa, al rigore tecnologico e linguistico. Emergono termini come canna fumaria, cassetto della cenere, serpentina dell’acqua calda, valvola, termostato, che devono essere inseriti, se necessario, nello schema. Effettuate le opportune aggiunte, si dovrebbe giungere a:

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In considerazione del fatto che questa attività di scoperta possa apparire troppo limitata, si fa presente che, vista l’ampiezza dell’argomento riguardante il riscaldamento, sarebbe preferibile coordinare tra loro le successive fasi secondo lo schema proprio della scatola nera rivolto a strutture complesse.

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Gli alunni possono così smembrare le evidenti complessità in singole porzioni e riaggregarle nel corso degli studi successivi, costruendo così un sapere unitario, complesso, ben analizzato nei particolari, corretto sia sotto l’aspetto formale e sostanziale sia per il linguaggio specifico, rigoroso e adeguato al contesto applicativo.
Siamo partiti dal dato in ingresso a, formato dal combustibile, e siamo giunti al dato in uscita b, l’energia termica; nelle fasi successive, secondo la programmazione annuale o pluriennale, si utilizzerà questo dato in uscita come fosse in entrata e si porteranno i ragazzi a considerare quali trasformazioni o applicazioni possono essere prese in esame per quel dato. Ad esempio, si potrebbe proporre l’analisi di una fase successiva, del tipo: ho una certa quantità di energia termica prodotta nel locale denominato centrale termica. Come faccio a trasferire il calore prodotto in altri ambienti adiacenti? Quali congegni possono essere utilizzati per il controllo del flusso di calore?

Verifica, valutazione, monitoraggio. Dobbiamo verificare quanto è stato appreso in merito sia alla costruzione del concetto sia allo strumento logico di indagine dei combustibili e dei sistemi di combustione sicuri da utilizzare in ambiente domestico. Proponiamo quindi una verifica del tipo:

foto9aSe la verifica contiene dieci domande, il livello di accettabilità è raggiunto con 6-7 risposte corrette; nel caso il punteggio fosse inferiore sarebbe opportuno stimolare nell’alunno la riflessione sulle sue risposte esatte e, ancor di  più, su quelle errate. Lo aiutiamo così, adeguandoci al suo ritmo di apprendimento ed utilizzando un linguaggio rigoroso ma facile e accessibile, nella comprensione e  memorizzazione dei concetti trattati. Nel caso l’alunno avesse ottenuto un punteggio di 8 oppure 9 avrà raggiunto un risultato ottimo, mentre si raggiungerà il livello dell’eccellenza se tutte le risposte saranno corrette.
Una variante a questo modo di verificare potrebbe essere l’interrogazione: in questo caso, oltre alla risposta corretta che l’alunno deve fornire, si potrà chiedere il motivo della sua affermazione e si potranno avere ulteriori elementi per verificare anche la capacità espositiva e l’uso corretto dei termini specifici.
Proponiamo anche una verifica sulla capacità di deduzione, operando con le strutture ipotetico-deduttive  “se… allora” per stimolare il processo di maturazione di questa fondamentale competenza.

foto10aÈ importante che l’allievo comprenda che le verifiche hanno significato certificativo, cioè servono per stilare un giudizio di merito ma, e soprattutto, hanno un valore educativo che consiste nel formare in lui una struttura razionale e conoscitiva su argomenti ed  esperienze che arricchiscono il patrimonio di una persona che deve ben inserirsi nel suo contesto sociale e lavorativo. Questo, a mio parere, è un ruolo fondamentale della scuola.

Alessandro Lanza

 

 

 


  1. Maria Famiglietti. DNA della Tecnologia. Metodo. Edizioni Il Capitello. Torino. 2012, pag.60.  

  2. A. Lanza. Insegnare (la) Tecnologia, Casa Editrice Vicolo del Pavone. Piacenza. La scatola nera – Pag. 44-53;
    Id. Analizzare il concetto di materiale e scoprire a quali operazioni può essere sottoposto per diventare oggetto;
    Id. http://www.didatticare.it/conoscere-un-materiale-distinguendolo-da-altri-apparentemente-simili-la-lana/;  http://www.mariafamiglietti.eu/index.php/epistemologia
     

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