EXPLORE: cosa accade quando viene applicata una forza improvvisa su un osso indebolito progressivamente?

Le attività sul sistema scheletrico proseguono con la fase di Explore. Come vi ho già raccontato altre volte, questa fase fornisce agli studenti la possibilità di familiarizzare con il modello oggetto di studio attraverso esperienze, spesso concrete, in cui possono utilizzare le loro preconoscenze per generare nuove idee, esplorare domande e progettare e/o condurre investigazioni.

L’investigazione di oggi è un adattamento  della attività “Bag of bones” della NASA.

Gli obiettivi di questa investigazione sono il saper identificare gli effetti della diminuzione della massa ossea e farsi un’idea del perché avere ossa in buona salute è importante sia nello spazio che sulla Terra.

Per l’investigazione servono: cereali tipo Palline Coco Pops, circa 128 grammi per gruppo (una confezione da 375 grammi è sufficiente per 3 gruppi);  5 bustine di plastica piccole tipo Ziplock per gruppo; pennarelli per etichettare le buste; un libro pesante per gruppo (es. dizionario).

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Per svolgere l’attività servono 60 minuti.

Prima di cominciare

State per investigare gli effetti della perdita di massa ossea attraverso un modello costruito con palline di cereali inserite all’interno di buste di plastica trasparente. Nel modello che costruirete la bustina di plastica trasparente rappresenta l’osso e le palline di cereali al suo interno rappresentano il calcio e le cellule che rendono l’osso resistente e robusto. Per simulare la perdita di massa ossea rimuoverete alcuni cereali dalle buste di plastica e vedrete cosa succede quando su questi modelli di ossa viene applicata una forza improvvisa.

Dividere la classe in gruppi di 4-5 ragazzi e distribuire cereali, bustine di plastica e scheda di lavoro. Far osservare le palline di cereali e far notare che alcune hanno dei buchi naturali, delle irregolarità, per cui è importante esaminarli bene prima di testarne la resistenza in modo da avere un punto di riferimento quando dovranno valutare gli effetti della forza che verrà esercitata. 

Al lavoro!

  • Usando il pennarello etichettate le bustine con i numeri 1-5.
  • La Busta 1 rappresenta un osso in salute sulla Terra. 
  • Riempite la Busta 1 con i cereali in modo che sia molto piena e che resti pochissima aria all’interno ma assicurandosi che possa chiudersi bene. Contate quante palline di cereali avete inserito nella busta, annotate il numero nella Tabella 1 e consideratelo come “valore normale di densità ossea”. Chiudete bene la bustina in modo che non si apra.
  • Per rappresentare un osso che ha perso massa come conseguenza di un volo spaziale o dell’invecchiamento, preparerete altre 4 “ossa” riempiendo altrettante buste con un numero  di palline inferiore rispetto a quello della Busta 1 secondo il seguente schema:

Busta 1: 0% di perdita ossea (osso normale)

Busta 2: 10% di perdita ossea (rimane il 90% della massa originale)

Busta 3: 20% di perdita ossea (rimane l’80% della massa originale)

Busta 4: 35% di perdita ossea (rimane il 65% della massa originale)

Busta 5: perdita ossea del 50% (rimane il 50% della massa originale)

  • Per calcolare la quantità di cereali da inserire nella Busta 2 dovrete calcolare il 90% del numero iniziale di palline calcolandolo in questo modo:

numero di palline nella busta 1 x 0.9 = quantità di cereali nella Busta 2

  • Riempite la Busta 2 con questa quantità. Questa busta rappresenterà un osso con una perdita di massa del 10%. Registrate la quantità di palline calcolata nella Tabella 1.

Tabella 1

  • Usando lo stesso sistema calcolate l’80%, il 65% e il 50% della densità normale dell’osso e riempite le Buste 34, e 5 con queste quantità di palline. Registrate le quantità calcolate nella Tabella 1.
  • Nel costruire ciascun osso assicuratevi di far uscire quanta più aria possibile dalla busta e di sigillarla bene. In caso contrario l’aria agirà da ammortizzatore e il test non funzionerà come dovrebbe.
  • Ora siete pronti per testare gli effetti di una forza improvvisa esercitata su un “osso normale” e su “ossa indebolite”.
  • Prima di cominciare riflettete

Cosa pensate possa accadere ad un osso, che in questo caso è rappresentato dal sacchetto con i cereali, quando viene applicata una forza improvvisa?

Secondo voi, il risultato cambierebbe se l’osso si indebolisse progressivamente?

  • Scrivete le vostre previsioni.
  • Ponete la Busta 1 su una superficie dura. Sollevate il libro pesante più in alto possibile e lasciatelo cadere sulla busta. Ricordate di usare la stessa quantità di forza anche sugli altri sacchetti. Il libro pesante rappresenta una forza che agisce improvvisamente come accade durante un salto o una caduta.  Capovolgete la busta e ripetete la procedura stando attenti a sollevare il libro alla stessa altezza di prima in modo che la forza dell’impatto rimanga costante.
  • Mantenendo sempre costante l’altezza, ripetete la procedura anche con le buste 2, 3, 4 e 5. 

Cosa è accaduto alle ossa?

  • Aprite le buste, contate il numero di palline di cereali rimaste intere in ciascuna e annotatelo nella Tabella 2. Ricordate che le palline di cereali che hanno sopra della polvere di cereali o hanno solo piccole rotture dovrebbero essere contate come integre.

 

  • Determinare la percentuale di massa ossea indebolita per ciascuna busta e annotate i dati in Tabella 2. Per calcolare questa percentuale sottraete a 100 la percentuale calcolata di osso integro:

100 – % di osso integro = % di osso indebolito

Tabella 2

  • Costruite un grafico con i dati ottenuti nell’investigazione che mostri la relazione tra la densità ossea e l’entità dei danni.

Analizzare i risultati

  1. Sulla base delle evidenze che avete raccolto, cosa accade quando la densità ossea (quantità di cereali) diminuisce?
  2. Ora immaginate che le vostre buste siano un osso reale. Se un osso vero fosse costruito come il modello usato cosa accadrebbe se una forza improvvisa (come ad esempio quella dovuta a un salto o una caduta) fosse applicata all’osso?
  3. I dati raccolti supportano la vostra previsione iniziale? Perché o perché no?
  4. Secondo voi cosa si potrebbe fare per prevenire la perdita di massa ossea? 

3

La prossima volta vi racconterò come ho realizzato la fase di EXPLAIN e di ELABORATE utilizzando il metodo Pogil.

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