L'aprenentatge dels fenòmens físics i els canvis químics a Educació Primària

Introducció a la Ciència i la Imaginació

«Necessitem especialment de la imaginació a les ciències. No tot és matemàtiques i no tot és simple lògica, també és una mica de bellesa i poesia » - María Montessori En aquest tema es tracta la part de la ciència relacionada amb la física i la química. Al seu ensenyament, tal com indica la frase de Maria Montessori, no es tracta de memoritzar una sèrie de continguts; sinó que l'alumnat a través de la seva imaginació i el mètode científicha de cercar una explicació als fenòmens observats en el seu entorn.

Aprenentatge dels Fenòmens Físics i Químics

Delimitació Conceptual de la Matèria

Al nostre voltant hi ha una gran quantitat d'objectes compostos de matèria, però no tots tenen el mateix tipus de matèria. Així, doncs, els alumnes han de comprovar que l'aigua, l'oxigen, les roques són substàncies diferents, presenten características especials que ho identifiquen i distingeixen de les altres. La materia és tot allò que té massa i ocupa un volum en l'espai, és a dir, tot allò que existeix en l'univers. Les diverses classes de matèria s'anomenen substância. Les propietats de la matèria són:

• Massa: representa la quantitat de matèria d'un cos. La seva unitat és el Kg, es solen emprar les balances.
• Volum: dels cossos es mesura en metres cúbics, és una unitat bastant grossa i emprar submúltiples com el dm3 i el cm3. En els volums de fluïts s'empra com unitat el Lt i el ml i cl.
• Densitat: és la massa entre el volum
• Estat d'agregació: solid, liquid i gas.
• Substàncies simples: formades per un sol element com heli, oxígen ...· Substàncies compostes: formades per dos o més elements.

La substância és un tipus de matèria que presenta unes característicaes pròpies que la diferencien d'altres substàncies. Cada substância es pot classificar en: A) MESCLA: és una combinació de substàncies sense unió química entre elles i de composició variable. Poden ser:

• homogènes: els seus components es distingeixen. Ex: aigua i oli
• heterogènies: els seus components no es distingeixen. Ex: llet i sucre

B) SUBSTÀNCIES PURES: poden ser:

• elements: substância pura que no pot descompondre's en altres més senzilles per mètodes químics ordinaris.
• compostos: substância formada per 2 o més elements combinats en proporcions fixes. Es pot separar em els seus elements components per reaccions químiques.

L'alumnat ha d'entendre que la matèria pot veure's sotmesa a canvis en el seu aspecte, grandària, temperatura; no obstant això, la seva composició sempre és la mateixa, llavors podem afirmar que es tracta d'un canvi físic. Aquests fenòmens físics són aquelles transformacions de la matèria que modifiquen alguna propietat de la mateixa, sense que aquesta arribi a evolucionar per a canviar la seva naturalesa: escalfament, deformació, moviment, etc. Aquests fenòmens físics poden suposar canvis reversibles (= quan la matèria pot tornar al seu aspecte inicial. Exemple un elàstic) i canvis irreversibles (= quan la matèria no pot recuperar el seu estat inicial. Ex: quan trenquem la closca d'un ou) Els canvis químics o reaccions químiques són aquelles transformacions de la matèria on la naturalesa de la substância desapareix i origina una de nova. Les substàncies inicials es transformen en altres diferents que tenen propietats diferents: combustió, oxidació ...

Aprenentatge dels Fenòmens Físics i Canvis Químics

L'ensenyança d'aquests continguts ha de tenir en compte els següents apartats:

• Els nins i nines de Primària encara no han desenvolupat el pensament abstracte, per això hem d'apropar els continguts a través de l'experimentació.
• Fomentar l'observació i la reflexió
• Proposar una metodologia investigativa i l'aprenentatge per descobriment per a què l'alumnat assimili millor els continguts.
• Fer feina en coordinació amb altres àrees (interdisciplinar), ja que existeixen continguts comuns a totes. Per exemple, les ones sonores a música, les tècniques de mediació i l'elaboració de gràfics a Matemàtiques.
• No oblidar els elements transversals com desenvolupament sostenible, educació ambiental ... - Partir dels coneixements previs de l'alumne que en ocasions pot implicar pensaments erronis i/o incomplets.
• Adaptar-se al ritme i características individuals de l'alumnat.
• Partir d'allò proper a allò llunyà i d'allò simple a allò complexe.
• Considerar l'error com una oportunitat d'aprenentatge.

L'alumnat d'EP ha d'aprendre, sobretot, aquells CANVIS FÍSICS relacionats amb els canvis de temperatura, aquests són els canvis d'estat i les dilatacions. Abans de xerrar sobre els canvis d'estat és necessari destacar que la matèria respon a 3 estats en què es pot presentar:

• Sòlid: manifesta una forma pròpia i ocupa sempre el mateix espai i per això manté el mateix volum. També té força de cohesió, vibració, no es pot comprimir, és resistent a fragmentar se, pot ser orgànic i inorgànic ... Ex: una poma
• Líquid: té la capacitat de fluir, no posseeix forma pròpia, adopta la del recipient que el conté. Manté el seu volum, la força de cohesió és menor que el sòlid, presenta moviment-energia cinètica, amb el fred es comprimeix, pot presentar el fenomen de difusió, etc. Ex: aigua
• Gasós: no té forma pròpia perquè adquireix la del recipient que el conté. Tampoc manté el seu volum a causa de la seva capacitat de comprimir-se, conseqüentment el volum del gas disminueix, la seva força de cohesió és gairebé nul·la, exerceix pressió sobre les parets del recipient i es mou amb llibertat. Ex: vapor d'aigua

La matèria experimenta un comportament particular, perquè pot canviar d'estat en funció de la seva temperatura. Els diferents canvis d'estat que poden produir-se són:

• Fusió: procés pel qual la matèria sòlida passa a líquida a causa de l'escalfament que experimenta. Cada matèria es fon a una temperatura determinada denominada temperatura de fusió. Ex: pas d'un glaçó aigua líquida.
• Evaporació o vaporització: procés pel qual la matèria líquida passa a gasosa. Ex: quan ens aixugam els cabells després de banyar-se. Un cas especial d'evaporació és l'ebullició, en ella el pas es produeix a una temperatura determinada i en tota la massa del líquid al mateix temps. Ex: quan l'aigua bull dins un recipient.
• Condensació: procés pel qual la matèria gasosa es transforma en líquid a causa d'un descens de la temperatura. Ex: després de bullir aigua i tapar el recipient es formen gotetes d'aigua a la tapa, quan s'obre el recipient, el vapor d'aigua es transforma en aigua líquida.
• Solidificació: procés pel qual la matèria líquida es transforma en sòlida, aquest té lloc per un descens de la temperatura. Ex: quan l'aigua líquida es converteix en glaçó
• Sublimació: procés pel qual la matèria sòlida es transforma en gasosa sense passar per l'estat líquid. Només passa a temperatures elevades.

Un tipus especial de canvi físic en la matèria són les barreges, aquestes es troben formades per dos o més components i poden ser de 2 tipus:

• Barreja heterogènia: els dos tipus de matèria que intervenen s'aprecien a simple vista, a més cadascuna de les parts manifesten propietats diferents. Ex: barreja oli i aigua
• Barreja homogène: matèria resultant de la unificacióncies no es distingeixen a simple vista els seus components. Ex: barreja aigua i sucre. Quan la barreja té lloc entre metalls el resultat es denomina "aliatge", ex: coure+estany= bronze

Quan la barreja està formada per dos líquids o per 1 sòlid i 1 líquid es denomina dissolució, i als seus components dissolvent (component que es troba en major quantitat) i solut (component que es troba en menor quantitat) Pot ocorrer:

• Dissolució concentrada: hi ha més quantitat de solut que dissolvent
• Dissolució diluïda: hi ha manco quantitat de solut i més de dissolvent
• La concentració d'una dissolució pot variar amb la temperatura

Encara que no totes les barreges es poden separar, hi ha uns determinats processos que permeten aquesta separació:

• Decantació: s'empra per separar barreges heterogènies constituïdes per 2 líquids. Ex: separar aigua i oli amb un embut especial
• Filtració: s'empra per separar barreges heterogènies formades per un sòlid i un líquid. Ex: aigua i arena amb un embut i paper de filtre
• Evaporació: s'empra per separar barreges homogènes integrades per un sòlid i un líquid. Ex: aigua i sal, ho deixem al sol i quan l'aigua s'ha evaporat observem al fons del recipient petits vidres de sal.
• Destil·lació: es duu a terme per separar components d'una dissolució líquida tenint en compte els diferents punts d'ebullició.

La matèria també pot tenir canvis físics per:

• canvis de posició: el Moviment (quan un cos canvia la seva posició respecte a un punt de referência fix).
• canvis de moviment: la Força (és una acció capaç de modificar l'estat de repòs o de moviment d'un cos o de produir-li una deformació o fractura)

A la vegada la matèria es pot veure's sotmesa a CANVIS QUÍMICS. Els canvis químics que estudiaran els alumnes a EP són:

• OXIDACIÓ: procés que pateix una substância que es combina amb l'oxigen de l'aire. Ex: oxidació de les bicicletes quan estan a la intempèrie. Per això és necessari cobrir- les amb una capa d'una altra substância, com per exemple la pintura
• COMBUSTIÓ: és la reacció química entre l'oxigen i un material oxidable, acompanyada de despreniment d'energia i que es sol manifestar per incandescència o flama. És a dir, allibera llum i calor al mateix temps. Aquesta reacció química es realitza de forma molt ràpida i necessita combustible.
• RESPIRACIÓ: és un procés que es dóna en el nostre organisme on l'oxigen que prenem de l'aire s'uneix amb els nutrients obtinguts del procés de digestió. Com resultat d'aquest unió es formadiòxid de carboni i aigua.

Planificació i Realització d'Experiències

La Matèria i l'Energia

La Matèria

La matèria és la substância amb la qual estan fets els objectes. Podem definir com matèria tot allò que té massa i ocupa un lloc a l'espai. La massa permet determinar la quantitat de matèria que posseeix el cos. La unitat és el kg El volum és la quantitat d'espai que ocupa la matèria, la unitat per mesurar volums en el sistema internacional és el metres cúbic. La relació entre massa i volum s'anomena densitat. Aquesta és una magnitud que es mesura en Kg/m3. Les propietats (= característicaes o atributs d'un objecte o substância) de la matèria són:

• Propietats generals: són les que posseeixen tot tipus de matèria i no ens donen informació particular sobre com distingir-la d'una altra matèria. Ex: volum, pes, massa, càrrega elèctrica, etc
• Propietats específiques: són propietats que permeten distingir diferències entre un i altre tipus de matèria. Ex: duresa, fragilitat, sabor, punt de fusió, elasticitat, impermeabilitat, volatilitat (=major o menor capacitat de les substàncies per evaporar-se, ex: deixar obert l'alcohol així disminueix el volum), etc

Classificació:

• Substàncies pures: cada una de les quals té una composició fixa i un únic conjunt de propietats. Les substàncies poden ser elements o compostos.
• Mescles: compostes de 2 o més substàncies pures. Poden ser homogènes (dissolucions) o heterogènies.

La matèria es presenta en 3 estats o formes d'agregació: sòlit, líquid i gasós (comentats ja anteriorment).

L'Energia