Science in the Classroom (SitC) è una raccolta gratuita di articoli di ricerche pubblicate sulla rivista Science Magazine, annotati in modo da favorirne l’uso a scuola. Queste risorse hanno, infatti, lo scopo di aiutare insegnanti e studenti a comprendere la ricerca contenuta nella letteratura scientifica primaria, attraverso annotazioni e materiale didattico di accompagnamento.
Le annotazioni (learning lens) includono un glossario, i metodi, descrizioni delle ricerche precedenti e la spiegazione delle conclusioni principali. Ogni articolo è corredato da una guida per l’insegnante che illustra le connessioni alle competenze scientifiche all’interno del quadro teorico di riferimento e degli standard di apprendimento della STEM education (da Science- Scienza, Technology- Tecnologia, Engineering- Ingegneria, Maths- Matematica).
Le guide per l’insegnante suggeriscono anche attività, domande di discussione e risorse per ulteriori esplorazioni dell’argomento.
Se il database di Science in classroom non facesse per voi (o per l’età dei vostri studenti), si può sempre avvicinarsi alla scienza “vera” attraverso l’analisi di articoli tratti da Le scienze o altre riviste scientifiche guidata da un organizzatore grafico, in cui gli studenti, dopo aver letto l’articolo, devono:
identificare il concetto chiave
scrivere un riassunto con le proprie parole (non un elenco di fatti ma una descrizione generale)
rappresentare le idee chiave con un disegno, uno schema o una mappa
indicare i fatti (dati) scientifici (almeno cinque)
scrivere un glossario con almeno 5 termini chiave
annotare le proprie domande (almeno due)
indicare la rilevanza, o meno, della ricerca.
Secondo le ricerche, infatti, utilizzare organizzatori grafici per la lettura di un testo scientifico aiuta ad organizzare le informazioni e permette agli studenti di classificare osservazioni e fatti, comprendere le relazioni tra i fenomeni, trarre conclusioni, sviluppare spiegazioni e generalizzare i concetti scientifici durante la lettura di un testo.
Anche voi utilizzate organizzatori grafici per la lettura di testi? Quali usate?
Segnalate o condividete nei commenti!
Siti dove reperire articoli (adatti anche per attività CLIL):
L’educazione scientifica basata sull’investigazione sta diventando sempre più oggetto di interesse per molti insegnanti e così, chiacchierando con colleghi o consultando il web, mi è capitato spesso di sentir parlare di “metodo” IBSE.
Un metodo, però, è qualcosa di prescrittivo, una sorta di algoritmo, o di ricetta, che viene applicato sempre allo stesso modo. L’apprendimento basato sull’investigazione non si può, quindi, considerare un metodo pedagogico, ma un approccio all’insegnamento che ha caratteristiche chiave che possono essere implementate in vari modi.
La didattica inquiry-based si sviluppa a partire da due principi ispiratori: l’insegnamento delle scienze deve garantire l’effettiva comprensione dei concetti piuttosto che la semplice memorizzazione delle informazioni e deve portare ad una riflessione su che cos’è la scienza.
Gli insegnanti devono, quindi, organizzare le attività in modo che gli studenti sviluppino conoscenza e comprensione delle idee scientifiche per imitazione del lavoro degli scienziati (NSES, 1996).
Molto spesso gli insegnanti mi chiedono: come faccio a dare ai miei studenti opportunità di fare attività inquiry-based se devono apprendere anche una grande quantità di contenuti? Ma soprattutto… riescono ad imparare anche abbastanza contenuti?
La mia risposta è sempre la stessa: sì, ma, secondo le ricerche, per riuscire in questa impresa si deve imparare a combinare le caratteristiche dell’inquiry con un approccio sistematico all’insegnamento che sia anche coerentee focalizzato sui risultati di apprendimento delle abilità proprie dell’inquiry e dei concetti scientifici (Flick and Lederman, 2005).
Ok, direte voi, lascia stare le ricerche e dicci come!
Negli anni del dottorato ho potuto seguire corsi di formazione per docenti di alcuni progetti Europei (Fibonacci, Inquire, Profiles, Establish per citarne alcuni) e ho, quindi, visto approcciarsi all’IBSE davvero in tanti modi diversi ma, alla fine, ho scelto di seguire la strada che non solo mi è più congeniale ma che è la più supportata da evidenze di successo a livello internazionale. Sto parlando, ancora una volta, del cosiddetto learningcycle delle 5E.
Il learning cycle è un approccio sistematico all’insegnamento che permette di progettare momenti magici di insegnamento/apprendimentodelle scienze basati sull’inquiry.
Deriva dalle teorie costruttiviste (Herbart, Dewey e Piaget) ed è stato sviluppato negli anni ‘80 da RodgerBybee del Biological Science Curriculum Study (BSCS), un’organizzazione americana che sviluppa curricoli scolastici nell’ambito della Biologia.
Questo modello è un ampliamento di quello di Karplus e Their (1967) e consta di 5 fasi: Engage, Explore, Explain, Elaborate ed Evaluate.
Mi sembra di sentirvi: già detto, già detto, già detto.
Verissimo, ma oggi scrivo per consigliarvi di leggere un libro (acquistabile ad esempio su Amazon) scritto dal mitico Rodger W. Bybee in persona: The BSCS 5E instructional model: creating teachable moments, NSTApress (2015) che vi permetterà di comprendere più in profondità questo modello didattico.
In questo libro, Bybee racconta come fare a implementare il modello didattico delle 5E in classe per creare momenti di apprendimento (che io definisco “magici”) in cui gli studenti, e gli insegnanti, siano completamente coinvolti.
Il libro è strutturato in modo che il lettore comprenda il senso profondo di ciascuna fase anche attraverso l’organizzazione stessa dei contenuti trattati.
Nel testo potrete trovare informazioni pratiche su come implementare il modello in classe ma anche un’esplorazione delle idee che hanno portato allo sviluppo di questo modello, dei fondamenti della psicologia dell’apprendimento e delle ricerche che ne supportano la validità.
Secondo Bybee, un “teachable moment” si verifica quando un insegnante fa qualcosa, nel contesto del modello delle 5E, di inaspettato in cui gli studenti sono motivati ad apprendere. Si tratta di opportunità educative solitamente non pianificate in cui la probabilità di apprendimento è molto maggiore. Dal punto di vista degli studenti, invece, i momenti magici di apprendimento si verificano quando un’esperienza ha significato a livello personale (è importante, mi confonde, ha conseguenze per la mia vita), quando sperimentano qualcosa che riconoscono e che ha un significato per loro, ma non sono in grado di spiegarlo, quando afferrano il senso dell’esperienza ma non la comprendono del tutto per cui vogliono saperne di più (disequilibrio cognitivo di Piaget).
Secondo l’autore, il modello didattico delle 5E crea questi momenti magici a partire dalla fase di ENGAGE ad esempio attraverso una semplice domanda o con una dimostrazione che ha conseguenze inaspettate (un evento discrepante). La fase di ENGAGE, però, è solo un punto di partenza perché la vera sfida è riuscire a mantenere vivo l’interesse per tutta la durata del percorso di apprendimento.
Nel libro, Bybee fornisce anche molti esempi e spunti pratici che aiutano il lettore a trovare una guida utile in fase di progettazione. Ma di questo vi parlerò la prossima volta. Adesso… godetevi Bybee in persona! 🙂
Lo so, in realtà la scuola è cominciata già da un po’ ma, anche se con un po’ in ritardo, spero che il mio augurio vi raggiunga comunque! 🙂
Nuovo anno, nuove idee?
Ogni tanto, quando sono molto stanca perché ho troppi impegni e non so da che parte prendere (per esempio negli ultimi dieci giorni), mi viene da chiedermi perché mi “caccio sempre nei guai da sola” cercando di aggiungere ogni anno qualcosa di nuovo alla mia didattica, quando le giornate sono già abbastanza piene. La risposta arriva puntuale nelle mattinate come quella che ho avuto ieri. Con la mia prima “nuova di zecca” abbiamo cominciato l’esplorazione dello spettro elettromagnetico. Ho fatto costruire uno spettroscopio e i ragazzi lo hanno usato per osservare lo spettro generato da diversi tipi di lampadine. Divisi in gruppi hanno osservato la luce naturale del Sole, la luce di un neon (illuminazione della classe), di una lampadina a incandescenza e di una a fluorescenza. A un certo punto, mentre tenevo sollevato un porta lampada, di quelli che usano i muratori o gli imbianchini per intenderci, e loro osservavano lo spettro generato dalla luce della lampadina, il mio cuore ha avuto un tuffo.
Dovevate vedere con quanto impegno ed entusiasmo, sorpresi, osservavano i diversi spettri che quella sorta di giocattolino di carta riusciva a creare davanti ai loro occhi. Erano così belli!!!
È stato proprio uno di quei momenti magici di apprendimento in cui capisci che tutto il tempo passato a cercare nuove attività per rendere attivo il loro apprendimento non è solo un regalo che faccio loro ma è un regalo che faccio anche a me stessa. È per momenti come questi che non mollo e ogni nuovo anno torno a studiare, cercare e progettare ancora e ancora. Sono sicura che anche per molti di voi sia così! Per cui…ecco una nuova idea da provare!
Quest’estate, facendo un giretto da Tiger ho comprato qualche confezione di glowsticks, i bastoncini fluorescenti che si trasformano in braccialetto. In quel momento non mi servivano, ma “sentivo” che prima o poi sarebbero stati utili e così è stato. Solitamente questi bastoncini fluorescenti vengono usati per studiare la relazione che c’è tra temperatura e velocità di reazione, ma siamo in settembre ed è ancora presto per affrontare questo argomento con i ragazzi di quarta.
Cercando un modo di utilizzarli con i più piccoli, ho scoperto una meravigliosa attività inquiry-based realizzata dal CPALMS, un sito americano dedicato al supporto degli educatori in cui vengono forniti risorse e strumenti gratuiti per l’insegnamento delle scienze che vi consiglio assolutamente di visitare.
L’attività in questione, The amazing glow stick, permette di investigare ed esplorare gli effetti della temperatura su luminosità e durata della vita delle stelle usando, udite udite, proprio i miei glowsticks! La fortuna aiuta gli audaci, giusto?
Se vi va di continuare a leggere, ora vi racconto cosa potete fare!
Innanzitutto sappiate che durante l’attività gli studenti eserciteranno anche le abilità proprie dell’ inquiry perché:
faranno previsioni sulla base delle loro conoscenze pregresse,
useranno un protocollo sperimentale per condurre un’investigazione,
analizzeranno in che modo la temperatura influenza la luminosità e la durata dei glow sticks,
saranno in grado di descrivere gli effetti di alcuni fattori che influenzano luminosità e durata delle stelle.
Cosa serve?
Per ciascun gruppo di studenti:
3 glow sticks dello stesso colore
un termometro
tre contenitori (becher o cilindri di vetro o bicchieri di plastica dipende dal tipo di bastoncino che avete)
un cronometro
250 mL di acqua a temperatura ambiente, 250 mL di acqua fredda e 250 mL di acqua molto calda
occhiali di protezione
L’attività è di inquiry strutturato per cui gli studenti svolgeranno un’investigazione per rispondere ad una domanda proposta dall’insegnante, corredata dal procedimento da seguire. Vi ricordo che, trattandosi appunto di inquiry strutturato, l’investigazione precede la spiegazione, ma è bene che nelle lezioni precedenti si sia già chiarito che la luminosità di una stella viene descritta dalla magnitudine che si può misurare in due modi: magnitudine apparente quando ci si riferisce alla magnitudine di una stella osservata dalla Terra (che dipende, quindi dalla luminosità della stella e dalla sua distanza), o magnitudine assoluta quando ci si riferisce alla magnitudine apparente che una stella avrebbe se si trovasse a una distanza standard dalla Terra (32,6 anni luce).
Prima di cominciare, però, cercheremo di tirar fuori quanto sanno sulle stelle e sui fattori che ne influenzano la luminosità e la durata stimolandoli con alcune domande. (ENGAGE).
In cosa differiscono le stelle tra loro? (differenti colori/temperature, dimensioni, età o stadi del “ciclo vitale stellare”, livelli di luminosità)
Perché pensate che alcune stelle siano più brillanti di altre? (le stelle che sono più calde avranno maggiore luminosità)
Secondo voi, in che modo la temperatura influenza la luminosità delle stelle? (le stelle più calde saranno più luminose)
Quali fattori influenzano la luminosità delle stelle? (colore/temperatura, dimensioni, distanza dalla Terra)
Dopo aver diviso i ragazzi in piccoli gruppi, si introduce l’attività (EXPLORE) spiegando che investigheranno la relazione tra temperatura, luminosità e durata della vita delle stelle attraverso i glow sticks.
Prima di cominciare fa sempre bene un breve ripasso sulle norme disicurezza:non aprire o bucare la plastica del bastoncino fluorescente (il bastoncino può contenere vetro e le sostanze contenute all’interno possono macchiare la pelle o i vestiti e/o irritare la pelle), indossare gli occhiali di sicurezza e fare molta attenzione quando si maneggia l’acqua calda.
Quindi, invitiamo gli studenti a leggere TUTTE le parti della scheda che consegneremo loro. Durante l’attività i ragazzi dovranno osservare attentamente quanto accade alla ricerca di evidenze che li aiutino a rispondere alla seguente domanda:
in che modo la temperatura influenza la luminosità e la durata delle stelle?Osservazioni accurate vi aiuteranno a raccogliere evidenze.
I ragazzi verseranno 250 mL di acqua a diversa temperatura (ambiente, fredda e molto calda) in tre contenitori diversi (avendo bastoncini stretti e lunghi come quelli che ho usato io, viene meglio se si utilizzano dei cilindri di vetro al posto dei becher in modo che i bastoncini siano completamente immersi nell’acqua, oppure è meglio chiuderli ad anello con il gancetto in dotazione).
Quindi attiveranno i glow sticks piegandoli fino a sentire il “crack” che indica la rottura dell’ampolla al loro interno. Poi inseriranno un bastoncino in ciascun contenitore pieno d’acqua e registreranno la temperatura dell’acqua e il livello di luminosità del glow stick ogni minuto per 15 minuti.
Per avere risultati migliori l’attività dovrebbe essere condotta al buio in modo che gli studenti possano valutare meglio le differenze di luminosità e le temperature dell’acqua nei contenitori dovrebbero essere lontane dalla temperatura ambiente (si potrebbe aggiungere del ghiaccio all’acqua fredda e scaldare su una piastra elettrica o su un fornello quella calda).
Nell’attesa, tra una misurazione e l’altra, risponderanno ad alcune domande.
Qual è il controllo in questo esperimento? (Il bastoncino immerso nell’acqua a temperatura ambiente)
Qual è la variabile indipendente? (La temperatura dell’acqua)
Qual è la variabile dipendente? (La luminosità e la “durata” del bastoncino)
Cosa pensi che accadrà al glow stick con il passare del tempo? Scrivi le tue previsioni e formula una ipotesi utilizzando le espressioni “se….allora”. (Le risposte varieranno. Qualcuno ad esempio dirà: se la temperatura dell’acqua è alta, allora il bastoncino sarà più luminoso e durerà di più)
I ragazzi dovranno progettare una tabella in cui inserire i dati raccolti in modo che sia facile fare un confronto temperatura/luminosità per tutti e tre i glow sticks immersi, rispettivamente, in acqua a temperatura ambiente, calda e fredda, al passare del tempo.
Per stabilire la luminosità, ogni minuto (per 15 minuti) i ragazzi assegneranno un punteggio da 1 (la luce più fioca) a 4 (massima luminosità) a ciascun bastoncino.
Ciò che osserveranno è che il bastoncino posto nell’acqua a temperatura maggiore all’inizio è più brillante degli altri ma manterrà questa luminosità per un periodo di tempo minore rispetto al controllo, mentre noteranno che quello posto in acqua molto fredda all’inizio è meno brillante ma la sua luminosità durerà molto più a lungo.
Infine, sempre in gruppo, dopo aver analizzato le evidenze raccolte, i ragazzi risponderanno alle domande conclusive:
In che modo quanto avete osservato può essere collegato alle stelle? (proprio come i glow sticks sono più luminosi nell’acqua più calda, allora le stelle con temperature maggiori brilleranno di più, mentre quelle più fredde saranno meno luminose) .
In che modo la temperatura influenza la luminosità e la durata delle stelle? Supportate la spiegazione con le evidenze raccolte (osservazioni).
L’ipotesi fatta inizialmente concorda con le conclusioni?
Le risposte varieranno ma gli studenti dovrebbero arrivare a concludere che le stelle con temperature maggiori hanno luminosità maggiore e una durata minore rispetto a quelle più fredde.
A questo punto, partendo dalla discussione delle conclusioni dei vari gruppi, si passerà alla fase di EXPLAIN potremo affrontare la spiegazione approfondita dei fattori che influenzano la magnitudine e la durata del ciclo vitale stellare.
Se si avesse tempo si potrebbe poi investigare anche la relazione tra magnitudine e distanza delle stelle (EXTEND o ELABORATE) con un ulteriore attività in cui bastoncini con uguale luminosità vengono osservati a diverse distanze (troverete l’attività sul sito).
Come funzionano i glow sticks?
Quando i ragazzi romperanno il bastoncino questo comincerà a brillare. La luce prodotta in questo modo è un esempio di un fenomeno chiamato chemiluminescenza.
In pratica questi bastoncini sono costituiti da un tubicino di plastica contenente una sostanza chiamata difenilossalato, un colorante e una piccola ampolla di vetro con all’interno del perossido di idrogeno.
Quando il tubicino di plastica viene piegato, l’ampolla di vetro si spezza e il perossido di idrogeno reagisce con il difenilossalato con una reazione che produce l’emissione di luce. Il colore del glow stick, naturalmente, dipende dal tipo di colorante fluorescente che viene impiegato.
Se volete saperne di più sulla chimica della reazione vi consiglio di leggere l’interessante articolo sulla chemiluminescenza di Emma Welsh su Science in school.
Sono stata un po’ assente nelle ultime settimane, ma credo sappiate bene che questo, a scuola, è un periodo particolarmente impegnativo.
Niente attività nuove, quindi, ma qualche “geoidea” che potete trovare nel web.
1. Per gli appassionati della storia evolutiva della vita sulla Terra, segnalo tre articoli sulla scoperta in Groenlandia delle stromatoliti fossili più antiche del mondo:
2. L’EPA ha realizzato unguida per ragazzi sui cambiamenti climaticiche contiene informazioni chiare ed accurate su cause ed effetti. Il sito, molto accattivante, è organizzato in varie sezioni:
impara le basi
vedi l’impatto
pensa come uno scienziato (IBSE, IBSE e ancora IBSE!)
sii parte della soluzione
partecipa ad una spedizione sui cambiamenti climatici
3. Per gli amanti dei film di fantascienza, in particolare del film “The martian” di Ridley Scott, la NASA ha realizzato materiali didattici proprio sulla “scienza” del film: The Real Martians. The Martian intreccia fantasia e scienza spostando temporalmente la storia in avanti, nel 2030, ma la NASA sta già sviluppando molte delle tecnologie che appaiono nel film. Nel sito, scienza e finzione vengono confrontate relativamente a: habitat, coltivazione di piante, recupero d’acqua, produzione di ossigeno, abbigliamento, rover, propulsione ionica, pannelli solari, RTG (generatore termoelettrico a radioisotopi), viaggio verso Marte. Insomma, moltissimi materiali per far esplorare agli studenti alcuni aspetti che devono essere considerati prima che sia possibile “colonizzare” il pianeta rosso.
Naturalmente, imperdibile il libro di Andy Weir, L’uomo di Marte, da cui è stato tratto il film.
Vi ricordate quando vi ho parlato del protocollo sulle nuvole del programma di citizen science GLOBE OBSERVER? Ebbene… è arrivato il momento. Domani comincio.
Un libro fantastico a tal scopo è “Cloudspotting” di Gavin Pretor-Pinney, Le Fenici (Guanda), 2006. Ve lo consiglio assolutamente!
Questo libro è un condensato di meteorologia, racconti mitologici, arte e storie meravigliose da raccontare. Lo cominci a sfogliare e non lo chiudi più. L’autore nella sua introduzione racconta di aver fondato, nel 2004, un’associazione “The Cloud Appreciation Society” (Società per l’apprezzamento delle nuvole) aprendo anche un sito internet in cui ha cominciato a pubblicare le fotografie inviate da quelli che sono poi diventati membri dell’ associazione affinché gli altri soci avessero modo di ammirarle. Le cose si sono velocemente “ingrandite” tanto che ora l’associazione conta oltre 29000 inscritti (me compresa)!
Le nuvole sono costituite da miliardi di piccolissime gocce d’acqua sospese nell’atmosfera (principalmente in troposfera). Si formano dal raffreddamento di masse di aria umida che salgono in quota e dalla conseguente condensazione del vapore acqueo. In questo caso, la condensazione del vapore acqueo avviene non per uno scambio di calore con l’ambiente circostante ma per una variazione di pressione (trasformazione adiabatica): quando una massa d’aria si espande, le molecole occupano un volume maggiore, compiono un lavoro sull’ambiente e perdono energia: di conseguenza il gas si raffredda e il vapore in eccesso condensa.
Come mai nelle nuvole l’acqua ha un aspetto così diverso dal liquido che siamo abituati a vedere sulla Terra?
L’aspetto bianco e opaco delle nubi dipende dal fatto che l’acqua è distribuita in un’enorme quantità di goccioline (circa 10 milioni per metro cubo) e ciascuna goccia ha un diametro di appena qualche millesimo di millimetro (circa 10 μ). Tutte queste microsuperfici che si formano riflettono la luce in tutte le direzioni dando alla nuvola l’aspetto lattiginoso.
L’altezza delle nubi
Una convenzione internazionale ha stabilito di suddividere verticalmente in tre regioni la parte dell’atmosfera in cui le nubi si presentano abitualmente:
– regione superiore, che va dai 5 ai 13 km;
– regione media, che va dai 2 a 7 km;
– regione inferiore, che va dagli strati vicini al suolo a 2 km.
Le nubi vengono quindi suddivise in nubi alte, nubi medie e nubi basse a seconda che occupino quote dell’alta (di solito sopra i 6 km), media (2-7 km) o bassa (0-2 km) troposfera. Naturalmente questa suddivisione è diversa a seconda della latitudine quindi questi valori cambiano se ci si trova ai poli o nelle regioni tropicali.
Di solito alle medie latitudini, le nubi alte sono costituite solo da aghi di ghiaccio e quelle basse da goccioline liquide. Le nubi medie, invece, a seconda della quota e della latitudine, possono presentare l’uno o l’altro aspetto o una coesistenza delle due fasi.
Classificare le nubi
Le nuvole vengono classificate come gli esseri viventi, ossia con un sistema linneiano che si basa sul latino. I criteri di classificazione si fondano sull’altitudine e sulla forma (rapporto caratteristico tra dimensioni orizzontali ed estensione verticale).
La maggior parte delle nuvole rientra in uno dei 10 gruppi principali che vengono chiamati “generi”. All’interno di ciascun genere, si può individuare anche una possibile “specie” come pure una qualsiasi combinazione tra le diverse “varietà”. Esistono anche nubi accessorie e particolarità supplementari che a volte si presentano in concomitanza con i tipi fondamentali.
Insomma, se avete pensato che classificare le nubi fosse un gioco da ragazzi vi siete assolutamente sbagliati! C’è da farsi girare la testa!
Le nubi basse
Tra le nuvole “basse” troviamo: cumuli, cumulonembi (che in realtà si estendono su tutti e tre i livelli), gli strati e gli stratocumuli.
I cumuli sono nuvole basse e rigonfie, ben distinte le une dalle altre, che si sviluppano in verticale assumendo la forma di piccole colline, cupole o torri, generalmente a partire da una base piuttosto piatta. La parte superiore ricorda le infiorescenze dei cavolfiori; dal punto di vista cromatico queste nubi hanno un colore bianco brillante quando riflettono i raggi del Sole alto nel cielo, ma possono apparire scure se il Sole si trova, invece, dietro di esse. Queste nubi tendono a disporsi in modo irregolare. Sono considerate “nubi del bel tempo” perché solitamente non producono alcun tipo di precipitazione, anche non bisogna dimenticare che in determinate condizioni qualsiasi nuvola può diventare portatrice di pioggia.
Tuttavia, una specie di cumulo, il Cumulus congestus, non è affatto una nuvola del bel tempo, è in grado di scatenare rovesci moderati o intensi e può diventare un enorme cumulonembo temporalesco, anche se ciò è poco comune nei climi temperati. Il consiglio di Gavin Pretor-Pinney è però questo: quando vedete dei cumuli evolversi nella specie congestus prima di mezzogiorno, preparatevi all’elevata probabilità di un forte acquazzone pomeridiano. Non dimenticate, contemplatori di nuvole “al mattino montagne, alla sera fontane”.
I cumuli si formano a causa dei moti convettivi dell’aria. Quando il Sole splende e riscalda il terreno, si creano delle correnti termiche, chiamate correnti convettive, che salgono verso l’alto (provocando le turbolenze lievi che si possono sperimentare quando si attraversa un cumulo a bordo di un aereo). Queste correnti termiche portano verso l’alto l’umidità e poi consentono alle goccioline d’acqua di rimanere sospese nell’aria durante i dieci minuti che costituiscono la durata media di un cumulo.
I cumuli sono nuvole isolate. Questo si verifica perché certe superfici assorbono e irradiano meglio di altre il calore solare e quindi, a seconda dei luoghi, le masse d’aria subiscono gli effetti della convezione in misura maggiore o minore: ad esempio un parcheggio di asfalto riscalda l’atmosfera con più efficienza di un prato.
Gli abitanti dei mari del Sud usano la presenza di queste nubi come una sorta di faro per identificare la presenza della terraferma (in particolare di piccole isole) e dirigono l’imbarcazione verso un atollo molto prima di averlo avvistato. Questo perché, in una giornata di bel tempo la terra assorbe il calore del Sole con maggiore rapidità del mare e spesso si formano cumuli bianchi e soffici sopra le isole.
I cumulonembi sono, invece, cumuli a forte sviluppo verticale: sono le uniche nuvole in grado di svilupparsi attraverso tutti e tre gli strati troposferici, fino alla tropopausa. A queste nubi sono associate precipitazioni a carattere di rovescio (pioggia, neve e grandine) e manifestazioni temporalesche, e sono le uniche nuvole in grado di produrre scariche elettriche.
Queste nubi sono una seria minaccia per chi viaggia in aereo. La grandine può avere dimensioni tali da danneggiare la fusoliera e i fulmini possono mettere fuori uso l’impianto elettrico e le terrificanti turbolenze nel suo corpo centrale sono in grado di capovolgere un aereo come se fosse una frittata. Per questo motivo i piloti si tengono decisamente alla larga da queste nuvole e se non hanno modo di aggirarle e l’aereo è in grado di volare a grandi altezze risolvono il problema passandoci sopra.
Nel suo libro, Gavin Pretor-Pinney racconta la storia sorprendente del tenente colonnello William Rankin, pilota dell’aeronautica statunitense che nell’estate del 1956 si trovava alla cloche di un caccia a reazione in avaria nel bel mezzo di un cumulonembo e fu costretto a catapultarsi fuori dalla cabina. Rankin è l’unico superstite a una caduta attraverso un cumulonembo sopravvissuto ad un temperatura che sfiorava i -50°C e alla decompressione “esplosiva” innescata dalla quota di quasi 15000 metri!
Nonostante tutto Rankin, grazie al suo paracadute, riuscì ad atterrare in un bosco di pini. Non avendo riportato fratture riuscì poi a incamminarsi per chiedere aiuto. Quando in seguito fu visitato in ospedale, i medici gli riscontrarono decolorazioni dovute al congelamento in varie parti del corpo e vesciche e lividi provocati dai chicchi di grandine. Il petto mostrava inoltre le tracce lasciate dalle cuciture del giubbotto a causa del gonfiore provocato dalla drastica decompressione subita e il fatto che fosse riuscito a sopravvivere in tali condizioni lasciò medici e paziente stupefatti!
Gli strati sono, invece, le più basse tra tutte le nubi. La loro base può, a volte, raggiungere il suolo (in questo caso sono definite nebbie o foschie). Di solito si trovano ad altezze comprese tra la superficie terrestre e i 2 km.
Sono nubi di colore grigio, dai confini molto indistinti. Il nome deriva dal latino stratus, participio passato del verbo sternere, che significa spargere, diffondere, coprire con uno strato. In effetti queste nuvole formano un tappeto uniforme, in grado di nascondere il Sole, che può estendersi in orizzontale per diversi chilometri, simile a una nebbia sospesa in quota.
Son composte fondamentalmente da goccioline d’acqua e quindi possono dar luogo a pioggerelle o deboli nevicate.
Gli stratocumuli sono nuvole basse, stratiformi o a banchi, dalle basi ben definite. Di solito sono costituiti da ciuffi e protuberanze, mostrano spesso forti variazioni di tono, dal bianco brillante al grigio scuro e compaiono per lo più a quote comprese tra i 600 e i 2000 metri. Possono presentarsi come una formazione ininterrotta (soprattutto in inverno ricoprono quasi interamente il cielo) o discontinua. Gli stratocumuli possono essere considerati una via di mezzo tra i cumuli, nuvole isolate e libere di vagare, e le coltri informi degli strati.
A causa della molteplicità di varianti di stratocumuli in continua trasformazione, l’autore paragona queste nuvole alla cantante pop Cher al culmine delle metamorfosi che caratterizzano i suoi spettacoli, quando è sempre sul punto di sparire dietro le quinte per risalire sul palcoscenico avvolta in un costume ancora più fantastico del precedente. Anche gli “abiti di scena” di uno stratocumulo offrono una vasta gamma di scelte. Una delle più spettacolari ha l’aspetto di una “nube a rullo”. L’autore racconta di aver persino attraversato mezzo mondo in aereo solo per vedere una formazione chiamata “Morning Glory” che compare a settembre/ottobre sopra le regioni settentrionali del Queensland, in Australia!
Le nubi medie
Gli altocumuli vengono descritte come strati di pagnottine che velano il cielo. Queste nubi sono strati o banchi che compaiono nelle regioni intermedie della troposfera e assumono la forma di ammassi arrotondati, rulli o mandorle lenticolari. Dal punto di vista cromatico sono bianchi o grigi e presentano ombre scure sul lato più lontano dal Sole. Sono composti per lo più da goccioline d’acqua, ma possono contenere anche cristalli di ghiaccio. Molto di rado producono lievi piogge.
Il 27 luglio 1907, nella piccola città norvegese di Drobak qualcuno fece una fotografia al panorama del fiordo di Oslo. L’immagine in bianco nero mostra un paio di pontili in primo piano e alcuni clipper ancorati alla fonda. Si vede anche una specie di disco scuro nel cielo sopra i velieri. Sessant’anni dopo, l’istantanea venne pubblicata dalla “Domenica del Corriere” e la rivista la spacciò per una delle più antiche testimonianze di un UFO. Nella didascalia della foto si poteva leggere: “A tutt’oggi il fenomeno rimane un mistero”.
Ebbene, mistero svelato: si trattava di una particolare specie di altocumulo chiamato lenticularis. Anche se nella foto non si vede un granché, solo una forma appiattita, l’indizio principale che permette di determinare la vera natura della presunta navicella spaziale è la collina davanti alla quale aleggia. Se è vero che gli altocumuli appaiono di solito come uno strato o un banco di nuvolette separate da distanza più o meno regolari la specie lenticularis ha caratteristiche abbastanza diverse dagli altocumuli tipici e ha molti tratti in comune con la sua omologa dei più bassi stratocumuli.
In entrambi i casi, sono chiamate nubi orografiche per via del fatto che si formano quando una massa d’aria viene spinta con forza verso l’alto per superare l’ostacolo di una altura o di una montagna che si trovano sul suo cammino.
Continuando la nostra carrellata, troviamo gli altostrati, strati di medio livello, altrimenti dette “nubi noiose”. Questi sono strati di nubi medie di colore grigio che assomigliano a una specie di velo fibroso e uniforme. Si estendono per parecchie migliaia di chilometri quadrati. sono composte per lo più da goccioline d’acqua e cristalli di ghiaccio e spesso sono abbastanza sottili da rivelare la posizione del Sole che vi traspare come se risplendesse dietro un vetro smerigliato. Gli altostrati possono formare intorno al Sole o alla Luna una corona (ossia un disco luminoso) bianca o anche colorata, nel caso siano molto rarefatti.
Il momento più magico per osservare gli altostrati è l’alba o il tramonto. Lo scrittore americano Henry David Thoreau era un appassionato di nuvole. I suoi diari sono disseminati di celebrazioni del cielo:
“Quelle nuvolette, la retroguardia del giorno, ormai completamente buie, furono nuovamente illuminate, per un istante, da un riflesso di un giallo smorto e poi nuovamente spente, ed ecco il rossore della sera farsi più intenso finché di esso si tinge tutto l’orizzonte ad ovest e a nord-ovest, come se in quei punti il cielo fosse stato tinto di uno speciale colore indiano, una tinta permanente, come se l’Artista dell’universo avesse mischiato tutti i suoi rossi sul bordo del piattino capovolto del cielo… Come se le gocce di alcune bacche fossero state strofinate sull’orlo del cielo.”
(H.D.Thoreau, Journal, 20 luglio 1852)
I nembostrati sono le coltri spesse e grigie da cui piove, piove, piove. Queste nubi sono strati densi, grigi e privi di caratteristiche salienti, che danno luogo a precipitazioni prolungate, continue e spesso intense di pioggia, neve o nevischio. Per via delle precipitazioni stesse, tendono a presentare basi molto indistinte. Sono le più spesse tra le nubi stratificate e in generale coprono il cielo per parecchie migliaia di chilometri quadrati. come accade ad ogni nuvola piovosa, nell’aria umida sotto la formazione può addensarsi uno Stratus fractus, noto anche con il nome di pannus, che ha l’aspetto di brandelli nuvolosi, di colore più scuro rispetto alla parte inferiore del nembostrato. Quando questi brandelli si uniscono, tendono ad abbassare ulteriormente la base della nube. I nembostrati hanno sempre uno sviluppo verticale sufficiente a nascondere completamente il Sole o la Luna.
Le nubi alte
Tra i dieci tipi principali di nuvole, i cirri sono quelle più alte (si formano tra i 5 e i 13 chilometri). Hanno forma di scie bianche e delicate e consistono di agglomerati o fasce di cristalli di ghiaccio. Si presentano separati gli uni dagli altri e mostrano un aspetto serico o fibroso. Di rado raggiungono uno spessore notevole. Appaiono spesso insieme ad altre nuvole d’alta quota, i cirrostrati e i cirrocumuli, e come queste ultime, possono creare aloni intono al Sole o alla Luna. Di giorno, essendo i primi a essere illuminati dal Sole, si riconoscono facilmente perché più bianchi di qualunque altra nube. Possono presentarsi con le estremità a uncino, a ciuffi isolati o in banchi. Se hanno la forma ad uncino significa che si trovano nell’alta troposfera dove i venti soffiano con violenza. Spesso sono disposti a bande e, per effetto di prospettiva, convergono verso uno o due punti dell’orizzonte.
I cirrocumuli sono banchi o strati di alta quota, detti anche “cielo a pecorelle”, composti da minuscole nuvolette simili a granelli bianchi. Non hanno nessuna ombreggiatura, nemmeno sul lato più lontano dal Sole. I singoli elementi sono in genere separati da distanze regolari e assumono spesso l’aspetto di una serie di increspature: in questo caso si è in presenza della varietà indicata dall’aggettivo undulatus.
A volte possono essere confusi con gli altocumuli, ma basta sapere che la larghezza apparente dei cirrocumuli è inferiore e di circa 1 grado, ossia pari alla larghezza del dito mignolo a braccio teso. Queste nubi sono l’ultimo stadio che annuncia l’arrivo di un fronte caldo e, a differenza dei cirri e dei cirrostrati, indicano che il peggioramento è imminente (cielo a pecorelle, acqua a catinelle).
I cirrostrati si trovano alla stessa altezza dei cirrocumuli e formano uno strato bianco e sottile simile a un velo che spesso copre l’intero cielo e gli conferisce un aspetto lattiginoso. Spesso sono così sottili da non essere neppure avvertiti. Sono costituiti essenzialmente da cristalli di ghiaccio e presentano una densità e un’estensione nettamente più alta dei cirri. A volte creano il fenomeno degli aloni: anelli luminosi bianchi o colorati, chiazze o archi di luce intorno al Sole o alla Luna.
Questo è solo un lungo assaggio di ciò che potete trovare in questo meraviglioso libro: scienza, arte, poesia, storie incredibili. Ci sono mille spunti per lezioni favolose e tante “dritte” per apprezzare lo spettacolo meraviglioso che il cielo ci offre ogni giorno.
Ma per finire…che ne dite di un bell’esperimento per creare una nube in bottiglia?
È di questi giorni la notizia che un team internazionale di ricercatori, grazie ad osservazioni condotte con telescopi terrestri e spaziali, ha scoperto che la stella Trappist-1, una piccola e relativamente fredda nana rossa, ospita nella sua fascia di abitabilità almeno sette pianeti rocciosi di dimensioni simili alla Terra. Questi sette pianeti potrebbero avere, quindi, acqua liquida sulla loro superficie, condizione compatibile con la vita.
In particolare, tre di questi sembra abbiano condizioni di irraggiamento da parte della stella centrale simili a quelle che Venere, Terra e Marte ricevono dal nostro Sole e se hanno un’atmosfera simile a quella della Terra potrebbero persino avere oceani sulla superficie. Questi pianeti possono essere considerati pianeti Goldilocks, talvolta tradotto in italiano pianeti Riccioli d’oro, ossia pianeti che si trovano nella zona abitabile di una stella o di un sistema stellare e che hanno caratteristiche tali da lasciar supporre l’esistenza di acqua liquida sulla sua superficie e, quindi, dotati di caratteristiche fisiche, chimiche e ambientali favorevoli allo sviluppo della vita
Il nome Goldilocks deriva proprio dalla fiaba Riccioli d’oro e i tre orsi , dove una bambina dai riccioli biondi, Riccioli d’oro appunto, entra di nascosto nella casa di tre orsi e si trova a suo agio solo quando trova della zuppa “né troppo fredda né troppo calda”, o un letto per dormire “né troppo grande né troppo piccolo”, ossia quando le condizioni che trova sono “giuste” per lei.
Allo stesso modo, un pianeta Goldilocks è un pianeta che non si trova né troppo vicino né troppo lontano da una stella ma alla “giusta” distanza che gli consente di avere acqua liquida sulla sua superficie, elemento fondamentale per la presenza di vita così come la conosciamo. Questo termine viene utilizzato, in particolar modo, per i pianeti con dimensioni simili a quelle della Terra, che è il miglior esempio di pianeta Goldilocks.
ENGAGE
La notizia arriva proprio al momento giusto e mi serve su un piatto d’argento la possibilità di affrontare il tema dell’abitabilità di un pianeta con la mia prima (perfetto anello di congiunzione tra l’astronomia, le scienze della Terra, la chimica e la biologia – in altre parole astrobiologia). Per prima cosa ho intenzione di cominciare con un brainstorming per far emergere ciò che i miei ragazzi sanno (o pensano di sapere) sull’abitabilità:
Cosa rende un pianeta abitabile?
Quali condizioni sono necessarie perché la vita si sviluppi e sopravviva?
Durante la discussione, i ragazzi probabilmente identificheranno alcuni dei fattori che influenzano l’abitabilità e rifletteranno sul modo in cui questi sono interconnessi.
Il concetto di abitabilità continua ad essere rifinito. Gli scienziati stanno ancora studiando quali sono i fattori di cui la vita ha bisogno e in che modo la Terra supplisce a queste richieste. Le continue scoperte di nuove forme di vita stanno costantemente migliorando la nostra comprensione dei limiti della vita e di ciò che permette alla vita di cominciare e prosperare. Interromperemo per qualche minuto la discussione per vedere il video: vita in condizioni estreme o un altro video simile.
Proseguendo la discussione:
Qual è il range di temperatura giusto per la vita?
Di quale tipo di atmosfera ha bisogno la vita?
La vita ha bisogno d’acqua?
Le dimensioni di un pianeta sono importanti?
Oltre alla Terra, quali pianeti o satelliti del nostro sistema solare potrebbero essere abitabili? Perché?
Con le parole chiave emerse durante la discussione realizzeremo una mappa concettuale che sarà utile successivamente per riflettere su quanto imparato. Molto probabilmente, i fattori legati all’abitabilità che emergeranno saranno molti ma sono abbastanza certa che tra questi ci saranno: acqua liquida, o semplicemente acqua, materie prime ed energia. Per quanto riguarda, invece, il modo in cui un pianeta, o un satellite, potrebbe fornire i fattori di abitabilità agli organismi che ci vivono le risposte potranno essere varie ma dovrebbero riuscire a dire che, per esempio, un pianeta può fornire energia nella forma di una preda, di sostanze chimiche provenienti da sorgenti idrotermali o dalla luce del Sole.
EXPLORE
La classe è digitale per cui i ragazzi si collegheranno con il loro dispositivo al sito del Laboratory for Atmospheric and Space Physics dove potranno scaricare un’applicazione interattiva con cui esploreranno le caratteristiche di tre pianeti studiati in classe, Terra, Marte e Venere: Goldilocks and the three planets (Riccioli d’oro e i tre pianeti). Nell’attività proposta i ragazzi vestiranno i panni degli scienziati del team Goldilocks che deve studiare Terra, Venere e Marte per risolvere il seguente problema di “Riccioli d’oro”: perché Venere è troppo calda, Marte troppo freddo e la Terra ha invece la temperatura giusta per avere acqua liquida?
La Terra è l’unico pianeta del Sistema solare che sostiene la vita e ha una grande quantità d’acqua. Cosa la rende così perfetta per la vita? Ci sono alcuni fattori ma uno di questi è l’effetto serra.
I gas serra mantengono una temperatura vivibile sul nostro pianeta intrappolando la radiazione termica del Sole. Senza l’effetto serra la temperatura del globo sarebbe più fredda, in media, di 16° C. Durante la missione i ragazzi useranno i dati raccolti dal satellite Nimbus 4.
La radiazione che proviene dal Sole raggiunge la Terra. Una parte viene riflessa nello spazio, una parte viene assorbita dall’atmosfera dalle molecole di gas e la rimanente si trasmette attraverso l’atmosfera sulla superficie terrestre. Parte della radiazione che colpisce la superficie della Terra viene riflessa e la parte restante viene assorbita dalla Terra in forma di calore contribuendo, così, al suo riscaldamento. La radiazione solare scalda la Terra e questo calore viene emesso in forma di radiazione infrarossa. Parte di questa radiazione infrarossa viene assorbita dai gas serra che irradiano nuovamente parte dell’energia verso la Terra intrappolando il calore nella parte bassa dell’atmosfera. Il resto sfugge verso lo spazio. La radiazione infrarossa riemessa riscalda ancora un po’ la Terra. Questo meccanismo ciclico si ripete mantenendo la Terra più calda di quanto sarebbe se non ci fossero i gas serra.
Venere è un esempio di pianeta con un effetto serra molto intenso. La sua superficie è così calda che nessun lander è riuscito a rimanere operativo per più di poche ore prima che le attrezzature venissero distrutte! Venere è sempre coperta da uno spesso strato di nubi e la sua superficie non è visibile senza apparecchiature radar. Si pensa che Venere una volta avesse l’acqua ma ora la sua superficie è asciutta e ostile. Durante la “missione” su Venere, i ragazzi utilizzeranno i dati raccolti dalla sonda Venera 15 e da Venus Express.
Venere non sarebbe un bel posto da visitare. La densa atmosfera ci schiaccerebbe se cercassimo di stare in piedi sulla sua superficie. La sonda Magellano ha scattato delle immagini usando apparecchiature radar che permettono di vedere attraverso lo spesso strato di nuvole che normalmente nasconde la superficie rocciosa. A causa dell’elevata densità delle nubi, la pressione atmosferica sulla sua superficie è 90 volte quella della Terra. Per la spessa copertura nuvolosa è impossibile per vederne la superficie nello spettro della luce visibile. La parte superiore dell’atmosfera è ricoperta da nubi di acido solforico che produce una pioggia acida che evapora ancora prima di raggiungere la superficie estremamente calda del pianeta.
Marte è un pianeta arido e desolato ma gli scienziati hanno evidenze che una volta l’acqua liquida scorresse sulla sua superficie e sospettano anche che l’atmosfera di Marte fosse più spessa quando il pianeta era più caldo. Gli scienziati stanno esplorando l’atmosfera, la superficie e il sottosuolo di Marte per determinare se la vita sia esistita in passato o se esiste ancora oggi nel sottosuolo. Durante la missione i ragazzi useranno i dati raccolti dalla sonda Mariner 9 e Mars Reconnaissance Orbiter .
La superficie di Marte appare desertica con frequenti tempeste di sabbia e vortici di polvere.
La “missione” consiste nell’analisi dei dati delle missioni su Venere, Terra e Marte per comprendere perché questi pianeti sono così diversi tra loro. I ragazzi osserveranno gli spettri di ciascun pianeta e li confronteranno con gli spettri di elementi come ozono, acqua, monossido di carbonio, anidride carbonica, metano e ossido nitrico, cercando possibili corrispondenze.
Una volta scelto un pianeta, ad esempio la Terra, dovranno scegliere un intervallo di lunghezze d’onda dello spettro dell’atmosfera della Terra per analizzarlo. Poi, per ciascun range proposto, confronteranno lo spettro dell’atmosfera di Venere con quello di ozono, acqua, monossido di carbonio, anidride carbonica, metano e ossido nitrico per vedere se combaciano. Ad esempio, nel range 1 lo spettro dell’atmosfera della Terra, di Venere e Marte combaciano con quello dell’anidride carbonica, presente quindi nell’atmosfera. Nel range 2 per la Terra c’è corrispondenza con lo spettro di ozono, anidride carbonica e acqua, mentre per Marte e Venere corrisponde solo quello dell’ anidride carbonica.
Confrontare i pianeti
Marte è troppo freddo, Venere è troppo caldo, ma la Terra ha la temperature giusta per supportare la vita. Venere ha dimensioni simili a quelle della Terra ma è più vicino al Sole e non presenta vita a causa delle temperature superficiali estremamente alte in grado di far fondere facilmente il piombo (fino a 475°C!). Marte, più piccolo della Terra ma più lontano dal Sole, ha un ambiente che è troppo freddo e difficile per sostenere la vita sulla sua superficie.
Le osservazioni mostreranno che l’anidride carbonica è parte dell’atmosfera di tutti e tre i pianeti. Per scoprire perché Venere e Marte sono diversi dalla Terra, i ragazzi confronteranno la quantità di anidride carbonica su ciascun pianeta. Per prima cosa, determineranno la massa dell’atmosfera di ciascun pianeta rispetto a quella della Terra. Poi, determineranno la massa della CO2 in ciascuna atmosfera e confronteranno queste quantità.
Nell’applicazione, la massa dell’atmosfera della Terra viene indicata dalla sigla Me. mettendo a confronto la massa dell’atmosfera di Venere con quella della Terra, risulterà che l’atmosfera di Venere è 90 volte maggiore di quella della Terra, così si potrà dire che la massa dell’atmosfera di Venere è uguale a 90Me.
Facendo la stessa cosa per Marte, risulterà che l’atmosfera di Marte è 0,0095 Me.
Poi si metterà a confronto la massa della CO2 nell’atmosfera di ciascun pianeta. Solo lo 0,04% dell’atmosfera della Terra è composta da CO2, poiché la massa dell’atmosfera della Terra è indicata con Me, la massa della CO2 nell’atmosfera terrestre sarà 0,0004 Me. L’atmosfera di Venere è composta al 97% da CO2. Poiché la massa dell’atmosfera di Venere è 90 Me, allora la massa della CO2 nell’atmosfera di Venere sarà uguale a 0.97 x 90 Me = 87.3Me. Il 95% dell’atmosfera di Marte è composto da CO2 ma la massa dell’atmosfera di Marte è 0,0095 volte quella della Terra per cui la massa della CO2 nell’atmosfera di Marte è 0.009 Me.
Fatto ciò, i ragazzi confronteranno la quantità di CO2 nell’atmosfera di Venere con quella della Terra. Calcoleranno questo rapporto dividendo la quantità di CO2 nell’atmosfera di Venere per quella della Terra e scopriranno che la quantità di CO2 nell’atmosfera di Venere è circa 218250 volte quella della Terra (87.3 Me : 0,0004 Me = 218.250 arrotondato). Ripeteranno l’operazione con Marte e otterranno che la quantità di CO2 su Marte è circa 23 volte quella presente nell’atmosfera della Terra.
Debriefing
Venere, nella sua atmosfera, ha oltre 200000 volte più CO2 della Terra! Questo sembrerà aver senso visto che abbiamo imparato che i gas serra riscaldano un pianeta e Venere, in effetti, è caldissima. Ma Marte ha molta più CO2 della Terra. Questo ha senso?
La temperature superficiale media di Venere è circa 462 ˚ C (troppo calda), quella di Marte è -60 ˚ C (troppo fredda), quella della Terra è circa 15 ˚ C (giusta!). Ma anche se Marte ha più CO2 della Terra è molto più freddo. A questo punto apparirà chiaro che probabilmente la CO2 non è l’unica fattore che determina la temperatura di un pianeta.
I ragazzi osserveranno, quindi, le distanze di ciascun pianeta dal Sole per vedere se c’è una correlazione tra distanza e temperatura del pianeta. Scopriranno, così, che Venere dista circa 108 milioni di km dal Sole, la Terra dista circa 150 milioni di km dal Sole, mentre Marte dista circa 230 milioni di km dal Sole.
A questo punto i ragazzi, basandosi sulle evidenze raccolte, dovranno formulare e argomentare una risposta alle seguenti domande e presentarla alla classe:
Anche se Marte ha molta più CO2 della Terra nella sua atmosfera ha una temperatura superficiale media più fredda di circa -60 ˚ C. Marte ha più CO2 della Terra ma molto meno di Venere. Perché pensate che la temperatura di Marte sia molto più bassa di quella della Terra? Quali fattori influenzano la temperatura di un pianeta?
EXPLAIN:
I ragazzi arriveranno così a comprendere che Venere ha troppi gas serra nella sua atmosfera e una superficie caldissima. Marte, invece, è troppo piccolo per avere un calore interno e di conseguenza non nemmeno ha vulcani attivi che pompano gas serra nell’atmosfera. Senza effetto serra il pianeta, distante dal Sole, rimane freddo. La Terra ha acqua, vulcani e un ciclo del carbonio funzionante così la sua temperatura rimane moderata.
Quali sono le zone abitabili nel nostro sistema solare?
Per decadi, gli scienziati hanno dibattuto il concetto di zona abitabile, la regione intorno ad una stella che può sostenere la vita. Finché non scopriremo forme di vita su altri pianeti, questa speculazione continuerà per capire se la zona abitabile del sistema solare si estende molto al di là della Terra.
Se definiamo un pianeta, o un satellite, abitabile come un luogo dove la temperatura permette la presenza di acqua liquida, allora la Terra sarebbe l’unico nel nostro sistema solare in cui sia possibile la vita. Tuttavia gli astrobiologi hanno una definizione diversa per definire una zona abitabile. Alcuni scienziati, infatti, usano il concetto di zona abitabile continua (continuously habitable zone – CHZ) che è basata sull’idea che la radiazione di una stella diminuisce nel tempo. Di conseguenza, durante la vita di una stella la zona abitabile si espande. Considerando le “aspettative di vita” del nostro Sole, ad esempio, la Terra sarà fuori dalla sua zona abitabile continua in un periodo di tempo che va da 1 a 3,5 miliardi di anni.
Più impariamo sulla vita, però, più la definizione di abitabilità cambia. Per esempio, la zona abitabile per gli eucarioti sembra abbastanza diversa da quella dei procarioti. I procarioti hanno bisogno di condizioni meno specializzate degli eucarioti. Possono sopravvivere senza ossigeno, vivono in condizioni estreme, usano fonti inorganiche di energia, necessitano di quantità minime di materie prime e possono rimanere dormienti per secoli. Con questo in mente, alcuni scienziati definiscono altri due tipi di zone abitabili. La prima, la zona abitabile animale è quella che sostiene la complessa vita eucariotica. La seconda, la zona abitabile microbica, è quella che sostiene la molto più versatile e adattabile vita procariotica, come ad esempio gli estremofili.
Quando si considera una zona abitabile che possa supportare solo la vita microbica, le dimensioni della zona abitabile nel nostro sistema solare si espandono. Così, le ricerche attuali della presenza di vita ci portano più lontano verso le lune di Giove. Questi satelliti hanno temperature superficiali che non permettono la presenza di acqua liquida ma hanno altre condizioni che possono permettere l’esistenza di acqua liquida sotto la superficie. Tali condizioni potrebbero fornire gli elementi essenziali necessari per le richieste più basilari dei procarioti.
Molti fattori influenzano l’abitabilità.
Gli scienziati hanno capito che la distanza dal Sole è uno dei fattori che determina l’esistenza di acqua liquida sulla superficie di un pianeta o di un satellite. Per esempio, la presenza di un’atmosfera densa che contenga gas serra può estendere le dimensioni di una zona abitabile. Una tale atmosfera può intrappolare il calore e aumentare la temperatura di un pianeta, o satellite, fino a un range in cui l’acqua liquida può esistere sulla superficie. Così, una temperatura superficiale di un pianeta è il risultato sia della composizione della sua atmosfera che della distanza dal Sole. Questo significa che quando si cerca di definire una zona abitabile, bisogna tenere presente che l’abitabilità è il risultato delle interazioni tra molti fattori. Usando tutti i dati disponibili, gli scienziati speculano su quali fattori sono presenti in un pineta, o satellite, e formulano teorie sul modo in cui tali fattori interagiscono. Questo processo aiuta gli scienziati a definire le zone abitabili del sistema solare.
La Terra è perfetta per la vita
La Terra sembra essere il luogo ideale per la vita nel nostro sistema solare. Se la Terra è considerata ideale, allora identificare una zona abitabile diventa una questione che riguarda il definire le condizioni minime che possono sostenere le cellule più semplici. Sulla Terra, queste cellule sono gli estremofili perché gli scienziati ritengono che possano essere simili alle forme di vita che possono resistere alle condizioni che ci aspettiamo di trovare in altri mondi nel nostro sistema solare. Definire una zona abitabile in questo modo può aiutarci a indirizzare le missioni spaziali mentre cerchiamo la vita su altri pianeti.
Tuttavia, la nostra comprensione della vita è ancora limitata e la nostra conoscenza delle condizioni presenti su altri pianeti o satelliti ancor di più. Definire una zona abitabile è proprio un modo per cominciare a pensare a dove cercare la vita. Mentre impariamo sulla vita, possiamo capire che dovremmo definire le zone abitabili sulla base della estremamente adattabile natura della vita e meno ai nostri tentativi di identificare fattori di abitabilità.
Siamo soli nell’universo?
Ormai è chiaro che non c’è un singolo fattore che rende un mondo abitabile, l’abitabilità è il risultato di molti fattori collegati tra loro che devono essere presenti in un modo che sostenga la vita. In queste circostanze e con la giusta combinazione di acqua liquida, materie prime, energia e tempo, un pianeta, o un satellite, potrebbe essere in grado di sostenere una grande diversità di vita, come nel caso della Terra. per quanto riguarda altri mondi nel nostro sistema solare, data la limitata comprensione che abbiamo sulle condizioni che ci sono lì, possiamo solo speculare sulla presenza di vita ed è ciò che gli astrobiologi fanno.
ELABORATE
A questo punto, per casa, chiederò agli studenti di riflettere su quanto hanno imparato, identificare i confini della zona abitabile del sistema solare, quali sono i pianeti che si trovano nella zona abitabile e prepararsi a discutere in classe la possibilità di una seconda zona abitabile intorno ad un pianeta grande come Giove.
Questa settimana, nelle mie seconde, ho cominciato ad affrontare il trasporto delle sostanze attraverso la membrana cellulare. Devo essere sincera e dirvi che il mio percorso mi soddisfa ancora:
Non posso aggiungere molto altro, non solo perché mi sono resa conto che questo percorso funziona ma anche perché the show must go on o il tempo è tiranno, come preferite.
Visto che, però, stare ferma per me è proprio impossibile, quest’anno aggiungerò una cosetta piccola piccola e la assegnerò come compito per casa in modo da non alterare lo spazio-tempo della mia programmazione.
Proporrò, quindi, un nuovolaboratorio virtuale da fare come compito a casa dopo le attività sperimentali e prima della spiegazione in classe.
Si tratta di un’attività semplice che parte da una domanda che gli studenti investigheranno:
Quando si apre la schermata principale, sulla sinistra del laboratorio, c’è una parte introduttiva con cui i ragazzi cominceranno a scoprire il lessico specifico di ciò che hanno già sperimentato in classe basandosi, invece, solo sulle loro idee pregresse.
I ragazzi scopriranno così che la membrana cellulare permette ad alcune sostanze di attraversarla mentre impedisce ad altre di passare. Una membrana di questo tipo è detta selettivamente permeabile. In condizioni normali, l’acqua attraversa costantemente la membrana in entrambe le direzioni (dall’esterno all’interno e viceversa). La diffusione dell’acqua attraverso una membrana selettivamente permeabile è chiamata osmosi. Come altre sostanze, l’acqua diffonde secondo il proprio gradiente di concentrazione, ossia da una regione in cui è più concentrata a quella in cui è meno concentrata. Quando il trasferimento delle molecole d’acqua verso l’interno e verso l’esterno della cellula avviene alla stessa velocità, si è raggiunto uno stato di equilibrio. Se la concentrazione delle molecole d’acqua è maggiore all’esterno della cellula, allora questa soluzione per la cellula è ipotonica e l’acqua si muoverà velocemente verso l’interno della cellula per osmosi e la pressione contro l’interno della membrana cellulare aumenterà velocemente. Se la pressione diventa sufficientemente elevata, la membrana cellulare potrebbe anche scoppiare. Una soluzione è isotonica per la cellula quando c’è la stessa concentrazione di molecole d’acqua sia all’interno che all’esterno della membrana cellulare. Per mantenere l’equilibrio, le molecole d’acqua si muovono verso l’interno e verso l’esterno alla stessa velocità.
Immagina che una cellula venga posta in una soluzione che ha una concentrazione di sale maggiore rispetto a quello che la cellula stessa contiene. Tale soluzione viene detta ipertonica perché ci sono molti più ioni del sale e meno molecole d’acqua per unità di volume all’esterno della cellula rispetto all’interno. L’acqua si muoverà dalla regione a maggiore concentrazione di molecole d’acqua (interno della cellula) alla regione a minore concentrazione (esterno della cellula). La membrana selettivamente permeabile non permette agli ioni del sale di attraversarla ed entrare nella cellula. La cellula avvizzisce man mano che perde acqua.
In questo laboratorio virtuale metterai un globulo rosso, una cellula di Elodea e un Paramecio in una soluzione ipotonica, isotonica e ipertonica. Esaminerai come e perché queste cellule acquistano o perdono acqua nelle diverse soluzioni.
Procedimento:
Seleziona una delle tre cellule raffigurate nella parte alta dello schermo e trascinala in uno dei becher.
Osserva il processo dell’osmosi. Determina se l’acqua, rappresentata dalle frecce animate, si muove verso l’interno, rimane in equilibrio o si muove verso l’esterno della cellula.
Clicca sul pulsante Table/Graph e registra le osservazioni fatte nella tabella.
Sposta la cellula in un altro becher o scegli un’altra cellula. Osserva ancora il processo dell’osmosi e registra le osservazioni nella tabella.
Ripeti l’attività con tutte e tre le cellule e tutte e tre le soluzioni. Clicca sul pulsante Journal e rispondi alle sette domande proposte.
Quando la cellula è circondata da una soluzione ipotonica, l’acqua si muove verso l’interno o verso l’esterno della cellula?
Quando la cellula è circondata da una soluzione ipertonica, in che direzione si muove l’acqua mentre attraversa la membrana semipermeabile?
Confronta cosa accade alla cellula animale, a quella vegetale e al Paramecio quando sono immerse in soluzioni ipotoniche, isotoniche o ipertoniche.
Un’Elodea o un Paramecio che vivono nell’acqua dolce di un lago sopravvivrebbero se fossero spostate nell’oceano? Motiva la tua risposta.
Se tu grigliassi una bistecca, sarebbe meglio mettere il sale prima o dopo averla cucinata? Spiega perché in termini di osmosi.
Perché l’insalata diventa molle e avvizzita quando è stata condita già da un po’? Spiega perché in termini di osmosi.
Un modo efficace per uccidere le erbacce infestanti è quello di versare acqua salata sul terreno intorno alle piante. Spiega perché le erbacce muoiono usando i principi scoperti in questo laboratorio virtuale.
Per concludere: clicca sul pulsante Print, stampae incolla domande e risposte sul quaderno per la correzione in classe.
eccoci di nuovo qui a festeggiare il tuo compleanno. Difficile, per vecchi amici come noi, trovare un regalo originale da farti. Quest’anno ho deciso, quindi, di offrirti il lavoro fatto dai miei studenti che ti hanno dedicato addirittura un Late Night Show. Certo lo stile è un po’ acerbo ma genuinamente puro, come solo i ragazzi possono avere.
Il lavoro è stato lungo e non sempre facile. Hanno letto i tuoi testi, sai, e hanno scritto da soli il copione per lo spettacolo. Hanno contribuito in tanti alla realizzazione del video e, credimi, ci siamo davvero divertiti un mondo!
Ecco, quindi, il mio regalo per te Charles: la tua storia raccontata con i loro occhi. Sono sicura che sorriderai senza offenderti perché saprai leggere in questo omaggio la nostra voglia di celebrarti.
Tutti pazzi per la scienza – Il late night show di SCIENZOOM
I: Intervistatore: Buonasera cari telespettatori, eccoci dunque alla prima puntata di…“Tutti pazzi per la scienza”!!! Oggi e solo oggi sarà qui con noi uno dei personaggi più influenti della comunità scientifica!!! L’uomo che ha cambiato la biologia!!! Scienziato, Biologo, Naturalista, Geologo, Viaggiatore… ecco a voi… CHARLES DARWIN
D: Darwin:[con accento britannico] Buonasera a tutti voi. È un onore essere qui!
I: Prego, Charles accomodati… dunque per l’occasione abbiamo per così dire “selezionato” [fare occhiolino alla telecamera + simulare le virgolette con le mani] qualche domanda sul tuo nuovo libro. Prima però prego la regia di mandare il booktrailer.
Davvero interessante! Ne parleremo tra poco, ma che ne dici di iniziare questa intervista partendo dalle “origini”? Parliamo un po’ dell’incredibile viaggio che hai fatto intorno al mondo. Mi sembra che in una tua precedente intervista tu lo abbia definito [leggere per citare testualmente]
“di gran lunga l’avvenimento più importante della mia vita e quello che ha determinato tutta la mia carriera”
E’ così? Raccontaci come tutto è cominciato!
D: [colpo di tosse] Dunque…
Sono nato a Shrewsbury in Inghilterra il 12 febbraio 1809… Che dire… credo che mio padre e i miei maestri mi giudicassero un ragazzo mediocre, un po’ al di sotto del livello intellettuale medio. Infatti, una volta mio padre mi disse…
I: Oh… mi dispiace interromperti, ma abbiamo poco tempo e forse sei partito un po’ [con enfasi] troppo dalla “origini” non credi?
D: Ah, certo, certo… dunque… A quindici anni fui mandato a studiare medicina ad Edimburgo, per seguire le orme di mio padre come mio fratello, ma i corsi proprio non mi interessavano, anzi… per dirla tutta mi nauseavano. Dopo 18 mesi, quindi, mio padre mi ritirò e mi mandò a studiare a Cambridge per farmi diventare un prete di campagna. L’idea questa volta mi piaceva. In fondo, in questo modo avrei avuto il tempo di coltivare il mio interesse per la natura, in special modo per gli insetti. Terminati gli studi, naturalmente sono tornato a casa e lì accadde l’evento più importante della mia vita. Un giorno, infatti, ricevetti una lettera scritta da un mio insegnante di Cambridge, in realtà un caro amico, il professor John Henslow.
I: Sì, credo che la regia abbia una sua foto da mostrarci… [mostrare foto]
D: Sì… eccolo qui…Ebbene, nella lettera Henslow mi diceva che il capitano Fitz-Roy, comandante di un brigantino da esplorazione chiamato Beagle [mostrare foto], stava cercando un compagno di viaggio, un giovane naturalista disposto a dividere la cabina con lui e a fare un viaggio intorno al mondo, senza però percepire stipendio e che lui gli aveva fatto il mio nome. Mio padre, all’inizio, non era per niente d’accordo, ma grazie allo zio Josiah alla fine si convinse e mi lasciò partire.
I: Ma raccontaci meglio… cosa hai provato quando sei salito su quella nave per la prima volta?
D: Ah… ero emozionatissimo. A quell’epoca avevo solo 22 anni ed era la prima volta che salivo a bordo di una nave del genere per compiere un viaggio così lungo. Considera, poi, che condividevo una cabina minuscola con il capitano Fitzroy e che lui aveva davvero un pessimo carattere. Considera anche che dormivamo su delle amache da cui, ti assicuro, sono caduto davvero molte volte. La cosa peggiore, però, che non avrei mai immaginato, fu che soffrii di mal di mare per tutto il tempo.
I: Quello che si dice un viaggio confortevole quindi!!!
D: Già, ma credimi…ne è valsa davvero la pena! Il viaggio del Beagle aveva lo scopo di tracciare le carte delle acque costiere delle regioni meridionali del Sud America, quindi visitammo davvero moltissimi luoghi incredibili: [Darwin parla indicando il viaggio su una mappa] Isole Canarie, Isole del Capo Verde, Bahia, Rio de Janeiro, Punta Alta, Valparaiso, Galapagos, Tahiti, Nuova Zelanda, Australia, Maldive, Mauritius, Sudafrica… e mentre l’equipaggio effettuava i rilevamenti della costa io scendevo a terra.
I: WOW che viaggio! E cosa facevi una volta a terra?
D: Ah… Cose meravigliose! Raccoglievo piante, animali e fossili incredibili!!! Come ti dicevo, ho sempre avuto una vera passione per la natura. Pensa che
una volta, in Inghilterra, strappando la corteccia da un albero morto vidi due coleotteri rari. Li presi, uno in una mano, l’altro nell’altra, ma ne vidi un terzo appartenente ad una specie mai vista. Subito passai il coleottero dalla mia mano destra alla bocca e afferrai l’altro con la mano libera. Il coleottero che avevo portato alla bocca, però, probabilmente era un coleottero bombardiere [mostrare foto o filmato]. Appena lo misi in bocca lui emise un liquido acre che faceva bruciare la lingua, e fui costretto a sputarlo perdendo così tutti i coleotteri!!! [dire con tono dispiaciuto]
I: Ah…Un vero dispiacere! [il pubblico ride]
D: Puoi ben dirlo [serio]…
I: Certo, e immagino che per arrivare a formulare le tue ipotesi rivoluzionarie sull’origine delle specie per selezione naturale avrai dovuto sicuramente osservarne molti di animali e vegetali… Uhm… [Lo scruta con attenzione] Ma tu, però, non mi sembri un tipo molto “avventuroso”. Come hai fatto a catturare tutti gli esemplari di uccelli, uccellini e quant’altro per poi studiarli con comodo sul Beagle?
D: Ma… Non è necessario essere avventurosi per fare il naturalista… [risata del pubblico] Devi sapere che durante il periodo trascorso a Cambridge mi sono esercitato molto con il fucile! Per esempio, lo imbracciavo davanti allo specchio
per constatare se la posizione era perfetta. Oppure un altro esercizio che facevo sempre era sparare contro una candela accesa mentre un amico la muoveva. L’istruttore del collegio mi disse che trovava molto strano che passassi così tanto tempo in camera schioccando una frusta [Ridendo compiaciuto].
Evidentemente non sapeva distinguere i due rumori…
I: Ah ah ah molto simpatico! Cari telespettatori dobbiamo mandare qualche secondo di pubblicità. Restate con noi mi raccomando! A tra poco amici con… Charles Darwin [parlando al pubblico – applausi] [pubblicità che sponsorizza il giornalino scientifico della scuola]
I: Cari telespettatori rieccoci a “Tutti pazzi per la scienza”!!! Oggi e solo per oggi è qui con noi… CHARLES DARWIN [dire con entusiasmo, applausi]. Allora riprendiamo da dove eravamo rimasti… ci stavi raccontando del tuo viaggio intorno al mondo…
D: Sì! Come stavo dicendo, ogni volta che scendevo a terra scoprivo evidenze straordinarie a favore di una visione del mondo completamente diversa da quella che mi era stata insegnata fin da piccolo. In questi luoghi ho trovato tantissimi fossili, tra cui quelli di grandi mammiferi, per lo più ancora sconosciuti. In particolare, in Argentina, in un luogo dove abbondano gli armadilli, rimasi colpito dai resti fossili di quello che sembrava un animale con un rivestimento osseo a scaglie, molto simile ad un armadillo vivente: il Gliptodonte. Ma ho trovato anche le ossa di un bradipo terrestre gigante ora estinto, il Megatherium, che si può immaginare come un orso grande quanto un elefante. Naturalmente, allora io non ero in grado di riconoscere tutto ciò da solo, per cui spedii tutto in Inghilterra e solo al mio ritorno compresi molte cose…
I: Raccontaci!
D: Una volta tornato a casa, ho studiato le mie collezioni, e fatto moltissimi esperimenti discutendo a lungo le mie idee con altri scienziati. Lentamente ho così capito che la Terra e tutti i suoi organismi non sono stati creati solo poche migliaia di anni fa, come avevo sempre creduto, ma sono il frutto di cambiamenti lenti e continui.
I: Nel tuo libro formuli una nuova teoria davvero rivoluzionaria. Quando hai capito tutto ciò? Già durante il tuo viaggio intorno al mondo?
D: Assolutamente no. Certo, durante il viaggio cominciai ad intuire qualcosa, ma compresi davvero il significato di quanto avevo osservato solo una volta tornato a casa.
I: Ma… sono passati 20 anni da allora!!! Perché mai hai aspettato così tanto a pubblicare il tuo libro? Nessun editore disponibile? [fare l’occhiolino alle telecamere]
D:[ride] No… già qualche anno dopo il mio ritorno avevo iniziato a scrivere un saggio che descriveva a grandi linee le mie idee. Però ebbi paura. Se avessi pubblicato allora il mio libro, le miei idee avrebbero causato grande scalpore. Mia moglie era contraria ed io… ho preferito rimandare. Devi capire che in quegli anni un’idea del genere poteva essere considerata addirittura blasfema. Pubblicare per me sarebbe stato come confessare un delitto.
I: Ma ora sei qui per parlarci del tuo libro “L’origine delle specie per selezione naturale”, per cui alla fine ti sei deciso a “confessare”. Cosa ti ha fatto cambiare idea?
D: L’anno scorso rimasi stupito e, a dirla tutta, anche un po’ sconvolto, nello scoprire che un’altro naturalista, un certo Alfred Wallace, era arrivato alle mie stesse conclusioni. Wallace mi ha inviato il suo manoscritto chiedendomi di aiutarlo a farlo pubblicare. È stato il panico…non potevo più aspettare… così alla fine ho deciso di aiutare Wallace, come mi aveva chiesto, ma allo stesso tempo di pubblicare anche il mio libro.
I: Beh, direi che quello che è successo dopo, cioè il tuo grande successo, è storia nota. Ma potresti sintetizzare per i nostri spettatori cosa sostiene la tua teoria?
D: Certo! Sono convinto che le specie attuali che possiamo osservare derivano tutte da specie antenate attraverso un processo che possiamo definire “discendenza con modificazioni”. In sostanza, secondo me, tutte le specie viventi sono imparentate tra loro e hanno avuto origine, attraverso successive modificazioni, da antenati comuni vissuti in epoche più o meno remote.
I: Un po’ come il Gliptodonte e l’armadillo?
D: Esattamente! La storia della vita può quindi essere pensata come un albero, o meglio come un grande corallo con tante ramificazioni, nel quale ogni biforcazione rappresenta la nascita di nuove specie da una linea di discendenza comune. [mostrare la foto del taccuino dove Darwin scrisse I think ]
I: Incredibile davvero! Quindi secondo la tue idea, se potessimo viaggiare a ritroso nel tempo, alla fine arriveremmo all’antenato comune di tutte le specie?
D: Proprio così!
I: Rivoluzionario, davvero rivoluzionario! A proposito di tempo…purtroppo quello a nostra disposizione è terminato. È stato un vero piacere averti come ospite… Prima di salutarci però una raccomandazione: se tra 20 anni decidessi di “confessare” qualche altro delitto, ti preghiamo di venire a farlo qui a “Tutti pazzi per la scienza” il Late Night Show di SCIENZOOM! A “presto” quindi [ironico] e grazie mille anche a voi meraviglioso pubblico!!! Buonanotte!
Nuova puntata sul sistema muscolare. Ricordate? Il mio percorso per le classi quarte del liceo scientifico prevede un’attività cooperativa per esplorare l’anatomia di un sarcomero e fare anche un accenno alla fisiologia della contrazione che poi spiego in classe in modo più tradizionale. Quest’anno voglio spingermi un po’ più in là e questa settimana proporrò ai ragazzi anche un bel laboratorio virtuale sulla stimolazione muscolare.
Il laboratorio virtuale permette di svolgere un’investigazione per rispondere alla seguente domanda:
In che modo il valore soglia dello stimolo di un muscolo scheletrico viene influenzato dall’aumento del carico?
In questa investigazione i ragazzi esploreranno, quindi, la relazione tra carico e valore soglia dello stimolo di un muscolo. Determineranno il valore soglia dello stimolo per quattro diversi muscoli di rana (muscolo dell’arto anteriore o upper forelimb; muscolo dell’arto posteriore o lower forelimb; muscolo gastrocnemio del polpaccio o calf; muscolo sartorio dell’interno della coscia o thigh) con carichi variabili che vanno da 0 g a 80g.
Un po’ di informazioni prima di cominciare
Cliccando sul pulsante Information i ragazzi troveranno informazioni utili allo svolgimento dell’investigazione.
Esistono tre tipi di tessuto muscolare: cardiaco, liscio e scheletrico.
I muscoli cardiaco e liscio sono detti involontari, perché le loro contrazioni non possono essere controllate in modo cosciente. Il muscolo cardiaco si trova solo nel cuore e si contrae circa 70 volte al minuto per pompare il sangue in tutto il sistema circolatorio del corpo. I muscoli lisci circondano molti organi interni, come la trachea, l’intestino e la vescica. I muscoli lisci si contraggono e si rilassano lentamente, esercitando, e rilasciando, una pressione sugli organi che circondano.
I muscoli scheletrici sono i muscoli utilizzati per il movimento. Sono chiamati muscoli volontari, perché le loro contrazioni sono controllate in modo cosciente. I muscoli scheletrici sono attaccati alle ossa da bande di tessuto connettivo chiamate tendini e lavorano in coppie antagoniste per muovere le ossa dello scheletro.
Il tessuto muscolare scheletrico è costituito da singole cellule muscolari cilindriche, dette fibre. Le singole fibre muscolari mostrano una risposta allo stimolo nervoso di tipo “tutto o nulla”, ossia la contrazione è avviata solo da uno stimolo superiore a un valore minimo chiamato valore soglia.
Se ad un muscolo scheletrico viene applicato un singolo stimolo elettrico rapido, il muscolo risponderà contraendosi e rilassandosi rapidamente. Questo tipo di contrazione rapida è chiamato scossa muscolare o muscle twitch.
La stimolazione elettrica minima (misurata in volt) necessaria per far contrarre un muscolo è nota come soglia di stimolazione muscolare o threshold stimulation.
Questo valore varia nei diversi tipi di muscoli scheletrici e per uno stesso muscolo varia al variare del carico.
A differenza della singola fibra, l’intero muscolo non mostra una risposta di tipo “tutto o nulla” anche se esiste un valore soglia minimo necessario per avviare la sua contrazione. Ogni muscolo, infatti è formato da diverse unità motorie che rispondono allo stimolo in modo indipendente.
La forza della contrazione è determinata dal numero di singole fibre muscolari che rispondono allo stimolo e può, quindi, essere aumentata aumentando lo stimolo, ossia coinvolgendo più fibre muscolari. Quindi, l’intero muscolo si contrae quando un numero sufficiente di fibre muscolari si contrae in una sola volta.
Man mano che il carico su un muscolo aumenta, questo ad un certo punto non sarà più in grado di contrarsi, indipendentemente da quanta stimolazione elettrica riceve. Questo è noto come punto di sovraccarico muscolare opoint of muscle overload.
Molto di quanto sappiamo su come lavorano i muscoli scheletrici è stato scoperto in laboratorio. L’esperimento classico modellizzato in questa investigazione prevede l’isolamento e la stimolazione di alcuni muscoli di rana per osservarne le risposte. Il muscolo isolato è attaccato ad un supporto ad anello collegato ad un oscilloscopio. Un elettrodo in grado di stimolare il muscolo è fissato al supporto e ha la punta poggiata sul tessuto muscolare. L’oscilloscopio è utilizzato sia per generare stimoli di diverse tensioni che per registrare la risposta del muscolo ad uno stimolo (contrazione), che viene indicata da un picco sulla traccia dell’oscilloscopio.
Per variare la quantità di carico sul muscolo vengono applicati piccoli pesi da laboratorio alla base del muscolo a cui è stato applicato un gancio. Per determinare la soglia della stimolazione del muscolo sotto un carico specifico, vengono applicati stimoli sempre più forti tramite l’elettrodo di stimolazione fino a che viene registrata una contrazione sulla traccia dell’oscilloscopio.
Procedura
Una volta lette le informazioni introduttive i ragazzi devono seguire la procedura indicata. Come detto in precedenza si tratta di una modellizzazione per cui nella parte dedicata alla spiegazione del procedimento da seguire viene ricordato che se lo stesso esperimento venisse realizzato in laboratorio si dovrebbero tener presenti altri fattori che nel modello non vengono considerati, come la fatica muscolare (muscle fatigue), che modifica le singole contrazioni muscolari rallentando sia la fase di contrazione che quella di rilasciamento, e i tempi di recupero (recovery time).
L’attività prevede l’uso di un oscilloscopio per esaminare l’effetto della variazione del carico (peso) sull’azione del muscolo scheletrico di una rana. Per cominciare si deve cliccare sul menu a tendina del pulsante “Muscle” e selezionare il tipo di muscolo che si vuole testare per primo. Assicurarsi che l’oscilloscopio sia settato su “0 V”(dove V sta per Volt) e cliccare sul bottone “Apply Stimulus”. Durante la fase di applicazione dello stimolo si deve prestare molta attenzione al tracciato (trace readout) sullo schermo alla ricerca di un picco nella linea dritta che viene prodotta. Se non si osserva alcun picco, si deve aumentare lo stimolo di 0.5 volt (il voltaggio più alto successivo) usando la freccina rivolta verso l’alto sull’oscilloscopio e poi si clicca nuovamente su “Apply Stimulus”. Questa procedura deve essere ripetuta finché non si registra la produzione di un picco nel tracciato dell’oscilloscopio. Quindi, si clicca su “Data Table” e si annota nella tabella il voltaggio che ha prodotto il picco nella casella “0 g”. Questo valore è la soglia di stimolazione muscolare o threshold stimulation. NB: se non si dovesse osservare alcun picco, assicurarsi di cliccare su “Apply Stimulus” almeno tre volte perché il muscolo riceva lo stimolo in modo appropriato.
A questo punto si devono ripetere i passaggi precedenti utilizzando i diversi pesi. Per fare ciò, si trascina sul gancio attaccato al muscolo della rana il peso da 5g e poi si procede nello stesso modo in cui si è testata la soglia di stimolazione muscolare al punto 2. Una volta individuato il voltaggio a cui si genera il picco, si ripete la procedura utilizzando anche gli altri quattro pesi (10-20-40-80 grammi) inserendo ogni volta i valori ottenuti nella tabella dei dati (Data Table).
Quando si sono testati tutti pesi per il tipo di muscolo selezionato, si ripete la procedura anche per gli altri tre tipi di muscolo rimanenti. Ricordarsi che, in caso di bisogno, si può sempre ricominciare cliccando sul pulsante “Reset”.
Nel caso in cui non si generi alcun picco nemmeno con un voltaggio di 10 V, nella tabella si deve scrivere nessuno (none). Ciò significa che il peso applicato è troppo elevato perché il muscolo riesca a sollevarlo anche se gli viene fornito uno stimolo elettrico molto grande. Questo è il punto di sovraccarico muscolare opoint of muscle overload.
Una volta terminati tutti i test su ciascuno dei quattro muscoli, si clicca sul pulsante Journale si risponde alle quattro domande proposte:
Sulla base dei dati sperimentali che avete raccolto, quale conclusioni potete trarre sulla relazione che c’è tra il peso applicato ad un muscolo e la sua soglia di stimolazione muscolare?
Perché la soglia di stimolazione muscolare dovrebbe modificarsi al variare del peso?
Quali muscoli sono stati in grado di contrarsi sotto il peso maggiore? Questo cosa vi suggerisce a proposito del ruolo che questi muscoli hanno nel movimento di una rana?
Descrivete un esperimento che potreste realizzare per determinare quali muscoli delle zampe di una rana sono importanti per saltare lunghe distanze.
Infine, si clicca sul pulsante Submit, si inseriscono il nome e la mail dello studente, la nostra mail e si inviano le risposte alla nostra casella di posta elettronica.
Provatela anche voi e fatemi sapere com’è andata! 🙂
“Phileas Fogg aveva compiuto il giro del mondo in 80 giorni! Phileas Fogg aveva guadagnato la sua scommessa di ventimila sterline! Ma come mai un uomo così esatto, così meticoloso, aveva potuto sbagliarsi di un giorno? Come mai aveva potuto credere, quando arrivò a Londra, che fosse sabato, 21 dicembre, mentre era venerdì 20, ovvero settantanove giorni dopo la sua partenza?”
Jules Verne, “Il giro del mond0 in 80 giorni” , pag. 1388, I Mammut Newton Compton Editori.
Le vacanze sono ormai finite. Lunedì mattina rivedrò la mia prima e ci occuperemo di “orientamento”. I ragazzi solitamente considerano questo argomento veramente noioso: sterili definizioni che in fondo non servono a nulla, tanto c’è Google Map, no?
Sono una grande appassionata di Verne e vi confesso che in più occasioni ho tratto spunto dai suoi romanzi che mi fanno ancora sognare come quando ero bambina. Da quando poi ho scoperto Audible, approfitto del tragitto che ogni giorno devo fare per andare a scuola per “leggere” romanzi di tutti i tipi. Negli ultimi mesi sto facendo una rilettura di tutti i romanzi di Verne e così, mentre pensavo a come “animare” la prossima lezione ho deciso di utilizzare la storia di Phileas Fogg per aiutare i ragazzi a “fissare” i concetti di tempo civile, fusi orari e linea del cambiamento di data.
Inizierò, quindi, la lezione raccontando sinteticamente la trama del romanzo e leggerò alcune righe della penultima pagina del libro (nell’apertura di questo post) per lanciare una sfida: cosa ci serve sapere per rispondere alla domanda posta da Verne?
Dopo una breve discussione, introdurrò i concetti di reticolato geografico, paralleli e meridiani, orizzonte, punti cardinali, orientamento di notte e con la bussola, coordinate geografiche, GPS, fusi orari, linea del cambiamento di data, tempo civile e tempo coordinato universale (UTC) (essendo una classe ad indirizzo Cambridge introdurrò il lessico specifico sia in italiano che in inglese).
Quindi, per fissare le idee e controllare se hanno capito sfrutterò il fatto che i ragazzi utilizzano quotidianamente in classe un loro dispositivo elettronico per fare una gara a squadre sfruttando un gioco on line reperibile sul sito di Quia, Quintessential Instructional Archive:Rags to Riches.
Per giocare servirà anche una carta dei fusi orari abbastanza dettagliata. Se ne volete una interattiva vi consiglio quella presente sul sito timeanddate.com, oppure ottima è anche quella disponibile su Wikipedia:
By TimeZonesBoy – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=42165217
Il gioco consiste in 10 domande (in inglese) in cui i ragazzi metteranno alla prova la propria comprensione su fusi orari. Ogni volta che sbagliano, il gioco ricomincia da capo per cui vincerà la squadra che per prima terminerà il gioco o risponderà a un numero maggiore di domande in 30 minuti.
Per farvi un esempio, una domanda del gioco è questa: se a New York sono le 3 del mattino di martedì, che ora e che giorno è alle Hawaii?
Se non disponete di una connessione internet, potreste trascrivere le 10 domande in una scheda cartacea allegando una stampa anche della carta dei fusi orari e il gioco è fatto!
Dopo la gara, i ragazzi saranno pronti per rispondere alla domanda di Verne:
“Come mai aveva potuto credere, quando arrivò a Londra, che fosse sabato, 21 dicembre, mentre era venerdì 20, ovvero settantanove giorni dopo la sua partenza?”
In una slide proietterò le tappe del viaggio di Fogg:
Londra (treno) – Brindisi (piroscafo) – Suez: sette giorni.
Suez (piroscafo) – Bombay: tredici giorni.
Bombay (treno-elefante-treno) – Calcutta: tre giorni.
Calcutta (piroscafo) – Hong Kong: tredici giorni.
Hong Kong (barca) – Shangai (piroscafo) – Yokohama: sei giorni.
Yokohama (piroscafo) – San Francisco: ventidue giorni.
San Francisco (treno-slitta) – Omaha (treno) – Chicago (treno) – New York: sette giorni.
New York (piroscafo) – Irlanda – Liverpool (treno) – Londra: nove giorni.
Dopo aver individuato le località sulla carta, i ragazzi dovranno stabilire in che direzione Fogg ha attraversato la linea del cambiamento di data e così saranno in grado di rispondere alla domanda. Naturalmente, ancora una volta servirà la carta dei fusi orari.
“Ecco la spiegazione di questo errore. Ed è, in verità, molto semplice! Infatti, procedendo verso est, PhileasFogg andava verso il sole e, di conseguenza, i giorni diminuivano di quattro minuti per ogni grado. Ora, siccome si contano trecentossessanta gradi sulla circonferenza terrestre, moltiplicando i quattro minuti per trecentosessanta si hanno appunto 1440 minuti, ossia un giorno, vale a dire il giorno inconsciamente guadagnato da PhileasFogg.”
Jules Verne pag. 1388
Ma le domande non sono finite. L’astronomia è una passione condivisa e seguiamo con grande attenzione le diverse missioni spaziali ma anche la vita sulla stazione spaziale internazionale (ISS). Per concludere in bellezza questa esplorazione del tempo civile, quindi, non mi resta che chiedere:
Che ora è sulla stazione spaziale internazionale? Sapete chi lo ha deciso?
La risposta è GMT + 0 (Tempo Medio di Greenwich) o UTC + 0 (Tempo Coordinato Universale)che corrisponde allo stesso tempo che c’è in Islanda.
Originariamente, il tempo era stato impostato per essere GMT -5, in modo da abbinarlo al fuso orario di Houston, in Texas, poiché è qui si trova il centro di comando principale per la ISS. Ma poiché anche a Mosca ci sono centri di controllo che seguono gli astronauti che lavorano dalle 7 del mattino alle 7 di sera, questo fuso portava molti disagi agli operatori russi e i due paesi, nel nome della cooperazione internazionale, hanno così deciso di impostare il tempo a GMT +0.
Che ne pensate? E voi, quale strategia utilizzate con i vostri ragazzi per affrontare questo argomento? Fatemi sapere!
Piccolo aggiornamento. Come previsto ho sperimentato le attività e posso assicurarvi che ci siamo divertiti moltissimo! Usare la strategia della gara per fissare i concetti, poi, ha prodotto i risultati sperati: divertimento e apprendimento. Cosa chiedere di più! 🙂
