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.

Tutta l'acqua del mondo è rappresentata come sfere di diverse dimensioni vicine al globo.
Tutta l’acqua sulla Terra. Fai clic sull’immagine per ingrandirla.
Howard Perlman/USGS, Jack Cook/Woods Hole Oceanographic Institution Adam Nieman, Igor Shiklamonov, dominio pubblico

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.

Note sulla sicurezza

Una volta preparato l’occorrente, non vi sono problemi rilevanti per la sicurezza, sebbene sia meglio spiegare agli studenti di non bere l’acqua. Se usate l’ inchiostro, gli studenti possono indossare guanti monouso per evitare di macchiarsi le mani.

Un modello di sorgente basato su una scatola riempita di sabbia.
Modello di sorgente
Earthlearningidea

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.
A freshwater spring in the Alps.
Sorgente delle Alpi Carniche, Italia nord-orientale
Imagine per cortesia di Giulia Realdon

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.

Note sulla sicurezza

Durante l’utilizzo dell’indicatore di pH indossare occhiali protettivi, in quanto l’indicatore di pH è infiammabile; non ingerirlo

Una scala cromatica del pH basata sui colori dell'indicatore universale.
Scala cromatica del pH
Tara Gross/USGS, dominio pubblico

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

Uno schema che mostra i differenti strati del suolo.
USDA, dominio pubblico

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.

References

[1] Geoff Camphire (2021) Earth Science Week 2021 Theme Announced: ‘Water Today and for the Future’ American Geosciences Institute

[2] Adey P, Shayer M, Yates C (2003) Thinking Science Professional edition. Nelson Thornes, London. ISBN-13: ‎978-0174386735.

[3] Ben-zvi-Assaraf O, Orion N (2005) A study of junior high students’ perceptions of the water cycle. Journal of Geoscience Education 53:366–373. doi:10.5408/1089-9995-53.4.366

[4] Cardak ON (2009). Science students’ misconceptions of the water cycle according to their drawings. Journal of Applied Science 6:865–873. doi:10.3923/jas.2009.865.873

[5] Brody MJ (1993). Student understanding of water and water resources: A review of the literature. Annual Meeting of the American Educational Research Association. Atlanta, GA.

[6] Piaget J (ed.) (1967) Logique et connaissance scientifique Editions Gallimard. Encyclopédie de la Pléiade, vol. 22. ISBN-13: 9782070104130

[7] Vygotsky, LS (1962) Thought and language. Cambridge MA: MIT Press. ISBN: 9780262220033

Resources

Author(s)

Giulia Realdon, Gina P. Correia, Xavier Juan e Guillaume Coupechoux sono funzionari didattici dell’European Geosciences Union (EGU, Unione Europea delle Geoscienze) rispettivamente per l’Italia, il Portogallo, la Spagna e la Francia. Ramanathan Baskar e Yamina Bourgeoini sono funzionari didattici dell’International Union of Geological Sciences (IUGS, Unione internazionale di scienze geologiche) – International Geoscience Education Organisation (IGEO, Organizzazione internazionale per l’educazione alla geoscienza) rispettivamente per l’India e il Morocco. Tutti i funzionari didattici sono impegnati nell’esecuzione di seminari basati sulle attività di Earthlearningidea nei loro rispettivi paesi.

Chris King è presidente dell’EGU’s Committee on Education (Commissione per l’istruzione dell’EGU), membro del team di Earthlearningidea e autore di molte attività di Earthlearningidea.

 


Review

Per il nostro pianeta l’acqua ha un valore incommensurabile. La disponibilità di tale acqua, per uso umano, è in diminuzione. Questo articolo offre un’ottima opportunità per supportare i nuovi programmi didattici  atti a far capire agli studenti il valore e l’importanza di tali risorse. È fondamentale usare tutte le occasioni per rendere visibili processi che altrimenti gli studenti  non potrebbero vedere; come il ruolo dell’acqua sotterranea nel ciclo idrico. Le attività in questo articolo potrebbero essere sfruttate sia per una dimostrazione in classe, sia per un’attività di gruppo, per un compito a casa, come punto di partenza per un dibattito, o come idea per un progetto di scienze.

Gli autori hanno presentato molto bene le informazioni e le attività per gli insegnanti che desiderano offrire questo materiale agli studenti. Vengono fatti dei collegamenti con il ciclo dell’acqua come ciclo dell’acqua “globale”. Ciò mette in evidenza il “grande disegno”. Spero che l’introduzione del termine “globale” al mio insegnamento del ciclo dell’acqua e queste attività siano di supporto all’apprendimento.

Questo argomento dimostra inoltre i collegamenti tra geografia e scienza, in particolare quando si tratta degli effetti umani sull’ambiente.


Sinead Kelly, docente di Scienza e biologia, St. Olivers Community College, Irlanda




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