Progettare unità di apprendimento IBSE: #8 Explore/Explain/Elaborate (seconda parte)

Dove eravamo rimasti? Se ricordate, la settimana scorsa ho cominciato a raccontarvi le attività che svolgo nel corso dell’unità di apprendimento sull’idrosfera marina.

In classe, abbiamo fin qui esplorato e discusso:

• salinità e unità utilizzata per esprimerla;
• composizione dell’acqua oceanica e fonti di sale;
• principali fattori da cui dipende la temperatura degli oceani, variazioni di temperatura con la profondità e termoclino;
• principali fattori che influenzano la densità dell’acqua oceanica, variazione della densità con la profondità e picnoclino.

 

ELABORATE

Per rafforzare la riflessione fatta in classe sulla relazione tra temperatura e densità dell’acqua degli oceani, per casa ho chiesto di realizzare un grafico che mostra le variazioni di temperatura superficiale e di densità al variare della latitudine utilizzando i dati forniti da una tabella.

Latitudine	Temperatura superficiale (°C)	Densità superficiale (g/cm3)
60°N	5	1,0258
40°N	13	1,0259
20°N	24	1,0237
0°	27	1,0238
20°S	24	1,0241
40°S	15	1,0261
60°S	2	1,0272

Una volta realizzato il grafico, i ragazzi dovranno descrivere le caratteristiche di densità e temperatura dell’acqua nelle regioni equatoriali e confrontare queste caratteristiche con quelle dell’acqua delle regioni polari (interpretare grafici). L’acqua delle regioni equatoriali è calda e la densità è bassa, mentre l’acqua nelle regioni polari è fredda e la densità è alta.

Quindi dovranno provare a spiegare qual è la ragione per cui le densità superficiali maggiori si trovano nell’emisfero meridionale (fare inferenze). Le acque superficiali sono sono più fredde.

EXPLAIN

In classe, una volta discusso quanto fatto per compito, mostrerò un’immagine che riporta la stratificazione delle acque oceaniche.

Dopo aver lasciato un momento per analizzare individualmente l’immagine, spiegherò che gli oceani sono stratificati secondo la densità (le acque a bassa densità si trovano in superficie mentre quelle più dense in profondità) e che gli oceanografi distinguono generalmente tre strati nella maggior parte degli oceani aperti (una zona superficiale, una zona di transizione e una zona profonda).

Poi, chiederò di guardare bene l’immagine e individuare la percentuale dell’acqua totale degli oceani rappresentata da ciascuno strato (lo strato superficiale di acque calde e rimescolate rappresenta solo il 2% dell’acqua totale degli oceani; la zona di transizione comprende il termoclino e il picnoclino e rappresenta il 18% del totale; la zona profonda è formata da acqua fredda a elevata densità e rappresenta l’80% dell’acqua totale degli oceani).

A questo punto, torneremo ad osservare il grafico che mostra le variazioni della densità in funzione della profondità e chiederò ai ragazzi di individuare il range di profondità della zona di transizione mostrata nell’immagine (regione compresa tra 300 e 1000 m).

Sulla base di quanto hanno appreso finora, chiederò anche di spiegare perché questa stratificazione non si osserva, invece, alle alte latitudini (dai grafici deducono che la colonna d’acqua è isotermica e isopicnica per cui in queste regioni l’acqua può mescolarsi verticalmente).

Prima di passare all’argomento successivo, ossia lo studio delle correnti, farò un breve accenno al fatto che l’oceano si può suddividere anche in zone di vita marina che si differenziano a seconda della disponibilità di luce (zona fotica e afotica), della distanza dalla riva (zona intertidale, neritica e oceanica) e della profondità dell’acqua (zona pelagica e bentonica).

Di nuovo… ENGAGE

A questo punto, mostrerò alcune immagini riguardanti il Great Pacific Garbage Patch (chiamato anche Pacific Trash Vortex), la grande isola di rifiuti del Pacifico.

• Che cos’è il Great Pacific Garbage Patch? Ne avete mai sentito parlare? In che occasioni?
• Vi è mai capitato di vedere della spazzatura galleggiare in mare aperto?
• Da dove pensate che provenga?

Dopo aver lasciato il tempo (pochi minuti) di esprimere le proprie idee, leggeremo insieme un articolo sul Great Pacific Garbage Patch scoperto dal capitano di marina Charles Moore che vi incappò con il suo catamarano nel 1997.

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=M7K-nq0xkWY&w=560&h=315]

Leggerò anche alcuni brani tratti dal libro scritto dallo stesso Moore con Cassandra Phillis, “L’oceano di plastica – la lotta per salvare il mare dai rifiuti della nostra civiltà” e chiederò ai ragazzi:

• Secondo voi, come ha fatto ad accumularsi lì tutta quella spazzatura?
• Che effetti ha questo accumulo di plastica sugli animali marini?
• Questi rifiuti costituiscono un pericolo anche per l’uomo?

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=PXKpqHtkmHw&w=560&h=315]

Dopo una breve discussione, farò una sintesi di quanto emerso e avvierò la fase successiva, con nuove domande introdotte in questo modo:

«Abbiamo visto che la grande massa di rifiuti del Pacifico, scoperta da Charles Moore nel 1997, si è formata per via dell’esistenza della North Pacific Subtropical Gyre, una corrente oceanica del Pacifico a schema circolare che si muove in senso orario. Che cosa sono le correnti? Cos’è che fa muovere l’acqua degli oceani?».

Lascerò un paio di minuti affinché ogni studente possa scrivere la propria risposta sul quaderno quindi, a gruppi di due, discuteranno le risposte individuali per arrivare a formularne una condivisa.

Mentre i ragazzi lavorano, girerò tra i banchi per fornire supporto. È molto importante che questo tipo di attività venga svolta e terminata sempre in classe: se queste domande venissero assegnate per casa i ragazzi non si sforzerebbero di riflettere ma si limiterebbero a cercare una risposta preconfezionata sul Web togliendo significato alla riflessione.

Dopo cinque minuti, discuteremo a livello di classe le risposte dei vari gruppi, quindi farò una sintesi delle loro idee senza dare giudizi sulla correttezza o meno. Durante la discussione annoterò le risposte date non solo per farne una sintesi efficace ma soprattutto per raccogliere elementi utili sulle eventuali misconcezioni emerse.

È possibile che gli studenti non abbiano mai riflettuto davvero sulle cause della circolazione oceanica: è bene, quindi, incoraggiarli a pensare alle proprie esperienze nella vita reale. È molto probabile che alla fine arriveranno, così, a collegare il movimento dell’acqua dell’oceano e le onde alla presenza del vento.

In realtà, come sapete, il movimento dell’acqua negli oceani è un fenomeno abbastanza complesso. Ci sono due sistemi di circolazione indipendenti l’uno dall’altro: la circolazione superficiale e quella profonda. La circolazione superficiale, che in genere si sviluppa ad una profondità massima di 200 m, è guidata principalmente dallo stress (ossia dall’attrito) del vento sulla superficie dell’oceano. La circolazione profonda, invece, si riferisce a profondità superiori ed è guidata dalle differenze di densità nelle masse d’acqua. Questa circolazione è anche chiamata termoalina poiché i due fattori importanti che la controllano sono la temperatura e la salinità.

Col tempo, per fortuna, si cambia e si cresce e questo comporta che difficilmente si facciano le cose allo stesso modo da un anno all’altro. Come tutti voi anch’io sperimento, rifletto e faccio modifiche.

Vi starete chiedendo cosa c’entri questo con le correnti oceaniche. Il fatto è che fino a qualche anno fa la mia programmazione a questo punto prevedeva due semplici attività che permettono agli studenti di investigare l’effetto del vento e di Coriolis sulla circolazione oceanica superficiale. Ebbene… non faccio più esattamente così.

Per quanto riguarda l’effetto di Coriolis, ad esempio, a questo punto dell’anno i miei ragazzi non hanno più bisogno di investigarlo perché lo hanno già fatto quando hanno studiato i moti della Terra.

Per quanto riguarda, invece, l’effetto del vento mi sono resa conto che non è per niente difficile per ragazzi di questa età (prima superiore) comprendere che quando il vento soffia crea una corrente superficiale che si muove nella stessa direzione e che questa corrente ha un effetto solo sullo strato superficiale dell’acqua, per cui mi limito a discutere questi concetti senza “passare dal laboratorio”.

Allora cosa faccio? Introduco un nuovo scenario.

EXPLORE

Il 10 gennaio 1992 un cargo in navigazione dalla Cina a Seattle, mentre si trovava nel bel mezzo del Pacifico, venne travolto da una tempesta e alcuni dei containers che trasportava caddero in mare liberando il loro carico che conteneva, tra le altre cose, 28800 pupazzetti di gomma da vasca da bagno, noti come Friendly Floatees: paperelle gialle, tartarughe blu, castori rossi e rane verdi.

La spedizione, appena uscita da una fabbrica di Hong Kong, era destinata alla “The First Years Inc.” di Tacoma, Washington. I pupazzetti di gomma caddero in mare in mezzo al Pacifico, dove il 45° parallelo interseca la linea internazionale del cambiamento di data (44°7’ N, 178° 1’ E). Durante i mesi di agosto e settembre dello stesso anno, dopo un viaggio di oltre 3500 km, arrivarono a centinaia sulle spiagge vicino Sitka, in Alaska. I “naufraghi” continuarono ad arrivare anche nel 1994, 1998, 2001 e 2004.

Le rane e le tartarughe avevano mantenuto i loro colori originali (verde e blu rispettivamente), mentre le paperelle e i castori avevano perso il colore originale (giallo e rosso rispettivamente) diventando quasi bianchi. Inoltre, i morsi degli animali e il continuo sbattere contro le rocce a causa delle onde, ne aveva rotti parecchi.

Dopo che i primi giocattoli arrivarono a Sitka, altri si diressero verso ovest lungo le coste dell’Alaska e verso le Isole Aleutine dove, a centinaia hanno invaso Shemya (piccola isola dell’arcipelago delle Aleutine). Molti hanno poi continuato il loro viaggio verso ovest, verso il Kamchatka, il Giappone, poi sono tornati a Sitka completando un anello di oltre 13500 km.

Dai dati raccolti è stato possibile ricostruire che la “flotta” di giocattoli di gomma ha percorso quattro volte l’anello di correnti (chiamato “gyre” o circuito). I primi due giri sembra che siano stati più veloci degli altri (impiegando 2 anni) perché nel tempo i giocattoli restanti si sono bucati pur continuando a galleggiare pieni d’acqua per via della gomma molto leggera di cui erano fatti.

Parte di questa “armata” di gomma si è diretta ancora più a nord, galleggiando lentamente oltre lo stretto di Bering (che separa la Russia dall’Alaska). Qui, hanno incontrato il rigido ghiaccio Artico (gli stessi luoghi che videro affondare il Titanic!).

Anche se congelati, sono riusciti a percorrere un miglio al giorno, continuando il loro incredibile viaggio verso l’Oceano Atlantico. Una parte è stata segnalata nel 2003 nel Maine e dopo quasi 15 anni, nel 2007, i pupazzetti di gomma hanno cominciato ad arrivare anche in Gran Bretagna (Ebridi, isole a nord-ovest della Scozia).

Molti altri presero, invece, strade diverse spostandosi verso sud e arrivando molti mesi dopo sulle spiagge delle Hawaii, ma anche dell’Indonesia, dell’Australia, e persino del Sud America (Cile).

I movimenti dei Friendly Floatees furono seguiti con attenzione da un oceanografo americano Curtis Ebbesmeyer , che ne ha costantemente monitorato il percorso.

(Ebbesmeyer è una persona incredibile! Non solo, con grande generosità, ha risposto subito ad una mail che gli ho inviato ma mi ha mandato anche alcuni suoi articoli da cui ho potuto ricavare i dati per questa attività. Un grande esempio di scienziato, non trovate?)

Negli anni ’50 del secolo scorso nel Golfo dell’Alaska, oceanografi canadesi hanno lanciato 33869 messaggi in bottiglie di birra marroni. I percorsi compiuti dai giocattoli e dai messaggi in bottiglia sono stati incredibilmente importanti per l’oceanografia.
Inserendo i dati ottenuti in una simulazione al computer nota come OSCURS (Ocean Surface Currents Simulation, Simulazione delle correnti della superficie oceanica) Jim Ingraham ha potuto calcolare con precisione la velocità e la direzione del vento attraverso gli oceani e tracciare anche i percorsi delle correnti oceaniche.

Dopo aver analizzato lo scenario, in gruppo, gli studenti dovranno:

• individuare i luoghi di ritrovamento dei giocattoli di gomma sulla carta del Pacifico;
• a partire dai luoghi in cui sono stati trovati i giocattoli, disegnare delle frecce sulla carta per indicare la direzione della corrente del Pacifico.
• tenendo conto che i primi giocattoli che sono sbarcati a Sitka, dopo circa sette mesi (210 giorni) di navigazione, avevano percorso una distanza di circa 3500 km, calcolare la velocità della corrente che li ha trasportati fino in Alaska espressa in km al giorno.

Fatto ciò, dovranno osservare una carta della circolazione oceanica superficiale e individuare:

• le correnti che hanno trasportato i giocattoli di gomma dal luogo della fuoriuscita nel percorso da Sitka e ritorno;
• le correnti che possono aver trasportato i giocattoli dal luogo della fuoriuscita verso l’Indonesia, l’Australia e il Sud America.

Dovranno anche mettere a confronto una carta della circolazione dei venti con la carta della circolazione oceanica superficiale e rispondere a queste domande:

• Quali sono le somiglianze tra queste due carte? Quali, invece, le differenze? (È importante stimolare gli studenti a osservare il percorso delle frecce sulla carta, scoraggiando risposte vaghe come “le carte sono simili perché sono entrambe dei planisferi e diverse perché i colori e le frecce sono diverse”. I ragazzi dovrebbero notare che i venti e la circolazione superficiale seguono percorsi molto simili, ma le correnti oceaniche sono deviate dalle masse continentali, mentre i venti le attraversano).
• Secondo voi, come sarebbe la carta della circolazione oceanica se non ci fossero i continenti? (Senza i continenti, la carta delle correnti superficiali dovrebbe assomigliare molto alla carta dei venti).

Al termine dell’attività i gruppi condivideranno e discuteranno quanto emerso con l’intera classe. Grazie a queste esplorazioni, gli studenti hanno imparato che quando un oggetto cade nell’oceano, le correnti possono trasportarlo per molte centinaia o persino migliaia di chilometri. Hanno visto, infatti, che i giocattoli di gomma caduti in mare durante una tempesta sono stati portati in luoghi molto distanti, arrivando in un primo tempo sulle coste dell’Alaska, del Kamchatka e del Giappone e poi sulle spiagge di Indonesia, Australia, Sud America e sulle coste del Maine e della Gran Bretagna. Gli studenti hanno anche compreso come il vento determini il percorso delle correnti superficiali oceaniche.

È arrivato, quindi, il momento di analizzare più in profondità le correnti oceaniche superficiali, la circolazione oceanica globale, la relazione tra le correnti superficiali e il clima.

FLIPPED – EXPLAIN

Per casa, assegno lo studio dei contenuti relativi alle correnti marine superficiali in modalità flipped con alcune domande di accompagnamento che aiuteranno gli studenti a testare ciò che hanno compreso. Inoltre, chiederò loro di ripercorrere le tappe del percorso fin qui fatto alla luce di quanto sanno ora, evidenziando sul quaderno eventuali concezioni errate possedute nella fase iniziale, integrando o correggendo le risposte date inizialmente.

ELABORATE: mettere in pratica quanto imparato

Sempre per casa, propongo anche un’ulteriore riflessione guidata da domande, la cui risposta necessita l’applicazione delle conoscenze acquisite e l’uso rigoroso del lessico scientifico.

1. Osservando la carta della circolazione oceanica superficiale, puoi spiegare perché le regioni meridionali della costa occidentale del Sud America sono più fredde delle regioni settentrionali della costa orientale del Nord America che si trovano alla stessa latitudine?
2. Alla luce di quanto sai ora, spiega come può essersi formato il Great Pacific Garbage Patch (si è formato per via del circuito del Pacifico settentrionale).

Ancora una volta, la riflessione a livello di classe delle risposte contribuirà a consolidare la comprensione degli argomenti trattati.

Anche per oggi mi fermo qui! Ci sono già fin troppe cose da leggere e su cui riflettere, non credete? Nel prossimo post vi racconterò le attività previste per l’ultima parte dell’unità terminando (finalmente dire voi!) questo percorso sull’idrosfera marina. A prestissimo! 🙂

Barbara

Per saperne di più:

• Charles Moore e Cassandra Phillips, L’oceano di plastica – la lotta per salvare il mare dai rifiuti della nostra civiltà, Serie bianca Feltrinelli, 2011.
• Donovan Hohn, Moby Duck – la vera storia di 28800 paperelle naufragate nell’oceano e dell’isola di plastica del pacifico, Mimesis/Il caffè dei filosofi, 2018.