Un mondo d’acqua, esperimenti pratici da Earthlearningidea Teach article

Siete in cerca d'ispirazione per parlare dell'acqua dolce sulla Terra? Provate le attività di Earthlearningideas da svolgere in classe con pochissimo materiale.

L’importanza dell’acqua

L’acqua è una delle caratteristiche principali della Terra. La maggior parte di essa è costituita da acqua marina (circa il 97%), mentre l’acqua dolce rappresenta soltanto il 2,5%, di cui una gran quantità è ghiaccio. Per l’acqua dolce allo stato liquido (lo 0,8% dell’acqua totale della Terra), il rapporto di acqua superficiale/acqua del sottosuolo si attesta intorno a 1:25.

L’acqua liquida continentale, nonostante rappresenti una piccolissima parte della scorta d’acqua mondiale, e non sia uniformemente distribuita, è la più importante per la vita umana ed è responsabile di processi fondamentali sulla terra.

Questi ultimi sono collegati al ciclo globale dell’acqua, in cui l’acqua si sposta e riscalda gli oceani, l’atmosfera, la biosfera e i continenti.

“Per conoscere, conservare, salvaguardare e proteggere l’acqua”,^[1] è importante capire i processi che hanno luogo sulla terra e collegarli anche all’intero ciclo globale dell’acqua. Ciò è particolarmente vero su un pianeta surriscaldato, qual è il nostro, dove sempre più persone hanno bisogno di quantità crescenti di una risorsa limitata – l’acqua dolce pulita – già sottoposta a notevoli pressioni antropiche.

L’importanza dell’acqua dolce è uno dei temi cruciali dell’Agenda 2030 Obiettivi di sviluppo sostenibile (SDG n. 6 – Acqua pulita e misure sanitarie) identificata dalle Nazioni Unite. Il cambiamento climatico e la crescita demografica stanno già causando una crisi idrica globale. Al momento, la sconcertante cifra di 2,2 miliardi di persone nel mondo non ha acqua potabile. Per il 2050, si prevede che circa 5 miliardi (più della metà della popolazione globale) dovrà fronteggiare una carenza idrica.

Per tutte queste ragioni, nel 2021, durante la Earth Science Week (Settimana delle Scienze della Terra) ci si è concentrati sul tema dell’acqua, in particolare sulla sua importanza per tutti gli esseri viventi.

In questo articolo, vengono presentate due attività che riguardano i processi dell’acqua scelti da Earthlearningidea, una raccolta web di attività per l’insegnamento della geoscienza. Queste attività trattano diversi argomenti presenti nel curriculum scolastico sulla base dell’accelerazione cognitiva (cognitive acceleration) secondo la strategia dell’educazione scientifica (CASE), un approccio riconosciuto come efficace e costruttivista per l’insegnamento della scienza.^[2] Queste attività sono adatte per le scuole primarie e secondarie.

Tutto ciò di cui avete bisogno per celebrare la Settimana delle Scienze della Terra 2021 sono i vostri studenti. Con poco materiale, le vostre competenze e l’interesse dei vostri studenti, la comprensione e il successo saranno assicurati.

Attività 1 – Dalla pioggia alla sorgente: l’acqua dal suolo

Questa attività mostra come la pioggia diventa acqua sotterranea che scorre attraverso il terreno per poi fuoriuscire da sorgenti. Con questo modello, è possibile visualizzare una parte nascosta del ciclo dell’acqua, di solito non ben compreso dagli studenti.^[3,4] Viene affrontato inoltre l’inquinamento dell’acqua sotterranea dovuto ai rifiuti tossici, in relazione alla fornitura idrica ad uso umano.

L’attività è adatta a studenti di età compresa tra i 10–18 anni e richiede meno di un’ora, inclusa la preparazione.

Materiali

• un contenitore di plastica trasparente rettangolare (circa 30 cm × 40 cm)
• una vaschetta di plastica per raccogliere il liquido in eccesso
• sabbia pulita da inserire nel contenitore
• due bicchierini da caffè di plastica privati delle basi
• un blocco di legno per sollevare un’estremità del contenitore
• due separatori di plastica tagliati da qualsiasi tipo di foglio di plastica
• acqua in un contenitore separato, sufficiente a riempire il contenitore con la sabbia oltre il bordo
• un cucchiaio per scavare un “pozzo” o per sotterrare un “rifiuto”
• formare un “rifiuto” con della carta (ad es. carta igienica) immersa nell’ inchiostro o nel colorante alimentare.

Procedimento

1. Riempire il contenitore di sabbia e posizionare i separatori e i bicchierini come mostrato nelle immagini.
2. Usando il cucchiaio, sotterrare il rifiuto nei tre settori laterali del contenitore, a profondità diverse (uno vicino alla superficie, uno ad profondità intermedia e l’altro quasi sul fondo).
3. Sollevare il lato del contenitore con i bicchierini usando il blocco (o il lato della vaschetta) e iniziare a far scorrere l’acqua nei bicchierini. Lungo i lati del contenitore di plastica, vedrete subito che la sabbia si bagna e l’acqua scorre “a valle”.
4. Chiedete agli alunni se probabilmente l’acqua andrà verso la superficie, mentre continuate a “rabboccare” i bicchierini di acqua. L’acqua comparirà vicino ai bicchierini o all’estremità inferiore del contenitore, in ogni caso sgorgherà dalla sabbia come una “sorgente”.
5. Chiedete agli alunni cosa potrebbero fare, se volessero far uscire l’acqua dal “terreno” prima che abbia raggiunto la “sorgente”,  La risposta sarebbe scavare o fare un pozzo in un punto sopra la sorgente ed estrarre l’acqua con una pompa. Chiedete ad uno studente di scavare un buco con un cucchiaio, il buco si riempirà subito di acqua.
6. Domandate agli studenti da quale profondità è probabile vedere apparire per prima il rifiuto, che inquina la sorgente. A seconda di come viene predisposto il modello, il rifiuto può comparire per prima da una qualsiasi delle tre posizioni. Il punto principale è che, indipendentemente da quanto profondamente sia sotterrato il rifiuto, esso raggiungerà sempre la superficie, causando un inquinamento, a meno che non venga seppellito in contenitori a tenuta stagna o rocce impermeabili.

Discussione

L’acqua di falda è di vitale importanza per la fornitura di acqua dolce pulita ad uso umano. Tuttavia, una delle parti meno comprese del ciclo idrico implica l’ubicazione e il movimento dell’acqua sotterranea, come mostrato dalla ricerca.^[5] Ad esempio una convinzione errata è l’esistenza di “laghi” sotterranei invece di acqua che viene trattenuta negli spazi porosi delle falde acquifere.

Per affrontare la questione delle falde che sono una sorgente idrica cruciale per il consumo umano, potete chiedere agli studenti di fare una ricerca sulle falde acquifere e sul sistema idrico nella loro regione, e poi domandargli di spiegare le similitudini e le differenze tra il modello e le vere falde acquifere.

Potete anche stimolare la discussione chiedendo:

• Qual è, in generale, meno inquinata (da sostanze chimiche e/o microbi): l’acqua in superficie o quella sotterranea? Perché?
• Qual è il destino dei rifiuti e di altre sostanze chimiche (pesticidi, fertilizzanti) dispersi nel sottosuolo?
• Qual è il modo migliore di smaltire i rifiuti e le sostanze chimiche tossiche?
• Incoraggiateli a fare ricerche sugli incidenti di natura chimica che coinvolgono lo smaltimento di rifiuti/sostanze chimiche tossiche nel terreno.

Attività 2 – La chimica dell’ acqua sotterranea

Se desiderate esplorare i processi chimici dell’acqua sotterranea, questa attività vi dà l’opportunità di riflettere sui tanti processi che interessano l’acqua nascosta. Malgrado la sua semplicità tecnica, da questa attività si possono ricavare molti spunti, collegamenti utili con i processi del mondo reale e un punto di vista stimolante sulle interconnessioni esistenti tra i differenti sistemi della Terra.

L’attività è adatta a studenti di età compresa tra i10–18 anni e richiede meno di un’ora.

Materiali

• acqua del rubinetto o acqua piovana (circa 1 litro)
• soluzione di indicatore universale di pH
• scala cromatica di pH (stampata)
• occhiali protettivi
• bicchiere
• una cannuccia
• una bottiglia di acqua di sorgente non gassata

Procedimento

Sarebbe meglio realizzare questa attività all’esterno, ma va bene anche in classe. In primo luogo, illustrate agli alunni la scala del pH e come si può misurare il pH utilizzando l’indicatore universale, tramite degli esempi. Successivamente analizzate il percorso dell’acqua in quattro fasi:

1. Acqua del rubinetto o acqua piovana: chiedete agli studenti quale colore/pH si aspettano di vedere in questi liquidi, poi fate un test con l’indicatore del pH.
2. Acqua del suolo: versate dell’acqua sul terreno. Domandate che cosa accadrà all’acqua nel terreno, ricordando agli studenti che il suolo contiene vegetali in decomposizione (che producono acidi) e animali che respirano (che producono CO₂). Chiedete come si può imitare l’effetto della respirazione degli animali sull’acqua. Fate soffiare gli studenti per 30–60 secondi in un bicchiere di acqua del rubinetto/piovana + indicatore del pH utilizzando una cannuccia (il colore cambierà) e chiedere di commentare. Domandate che cosa accadrà poi all’acqua acida nel suolo (traspirazione, evaporazione, infiltrazione nelle rocce sottostanti).
3. Acqua di falda: chiedete in che modo è probabile che l’acqua acida interessi le rocce (reazioni chimiche, ad esempio con rocce carbonatiche), successivamente domandate che cosa accadrà a quest’acqua nel tempo (flusso a valle). Chiedete se quest’ acqua fuoriuscirà dal terreno, gli studenti accenneranno probabilmente alle sorgenti.
4. Acqua di sorgente: Seguendo queste istruzioni, domandate quale colore si aspettano che l’indicatore di pH rilevi per l’acqua di sorgente. Prendete la bottiglia di acqua di sorgente, apritela, versatene una parte nel bicchiere ed esaminatela con l’indicatore.

Discussione

Per riassumere l’attività, chiedete quale delle sfere della Terra è stata menzionata nella discussione; molti studenti si renderanno conto che l’atmosfera (acqua piovana, l’origine dell’acqua di rubinetto), l’idrosfera (gocciolio nel suolo, acqua del suolo, acqua sotterranea, sorgenti), la litosfera (suolo e roccia) e la biosfera (animali e piante sul suolo) sono state tutte esaminate. Evidenziate le molteplici interconnessioni tra le sfere della Terra che rendono il nostro pianeta un sistema complesso, da cui dipende l’umanità e che ha un ruolo sempre più significativo.

Informazioni su CASE: un approccio vincente per insegnare la scienza e non solo

L’accelerazione cognitiva attraverso l’educazione della scienza (Cognitive Acceleration through Science Education, CASE) è un programma di insegnamento sviluppato nel Regno unito nel 1981 e ben collaudato negli anni seguenti.^[1] Esso mira a migliorare le competenze cognitive attraverso l’insegnamento della scienza, fondato sulle teorie di Piaget e Vygotsky.^[6,7]

La metodologia CASE si basa su cinque “pilastri”:

• Preparazione concreta: preparare le fondamenta, garantire familiarità con l’apparato, la terminologia e il problema che si sta affrontando.
• Struttura: raccogliere dati e individuare modelli nei dati.
• Conflitto cognitivo: quando nuovi dati non corrispondono ai modelli che ci si aspettava, mettendo così alla prova le precedenti conoscenze degli studenti.
• Metacognizione: riflettere sulle proprie opinioni, verbalmente e per iscritto.
• Collegamento: applicare questa nuova conoscenza a nuovi contesti e al mondo reale.

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