Sabers que s'aprenen

#MAT.1. Aplicació del model cinètic de la matèria i la teoria cineticomolecular a partir d’observacions sobre la matèria per explicar-ne les propietats, els estats d’agregació i els canvis d’estat, i la formació de barreges i dissolucions.

#MAT.2. Realització d’experiments relacionats amb els sistemes materials per conèixer-ne i descriure’n les propietats, la composició i la classificació.

#HC.1 Utilització de metodologies pròpies de la investigació científica per identificar i formular qüestions, elaborar hipòtesis i contrastar-les experimentalment.

#HC.3 Ús de diversos entorns i recursos d’aprenentatge científic, com ara el laboratori o els entorns virtuals, fent servir de manera correcta els materials, els productes i les eines tecnològiques i tenint en compte les normes d’ús de cada espai per assegurar la conservació de la salut pròpia i comunitària, la seguretat en xarxes i el respecte al medi ambient.

Concrecions dels sabers curriculars

• Identificació dels diferents canvis d’estat de la matèria i la seva dependència de la pressió i la temperatura. [ESS] [MAT.PRO4]
• Aplicació del model cinètic de la matèria i la teoria cineticomolecular a partir d’observacions sobre la matèria per explicar-ne les propietats com la densitat, els estats d’agregació i els canvis d’estat, i la formació de barreges i dissolucions. [ESS] [MAT.PRO4]
• Introducció al coneixement científic com a procés de construcció de models explicatius, a partir d’exemples senzills que mostrin com els científics proposen models per interpretar fenòmens i comprovar-ne la coherència amb les dades.
• Introducció als recursos digitals per a l’aprenentatge de les ciències, com ara els simuladors.

Interacció amb altres blocs de sabers

#CAN.1. Anàlisi dels diferents tipus de canvis que experimenten els sistemes materials per relacionar-los amb les causes que els produeixen i amb les conseqüències que comporten.

#CAN.2. Diferenciació de canvis físics i canvis químics basant-se en evidències experimentals i en el concepte de substància.

Idees clau que es construeixen

[MAT.PRO3]. Els canvis d’estat d’agregació depenen de la temperatura i de la pressió.

[MAT.PRO4]. Les propietats dels materials s’expliquen amb el model cineticocorpuscular.

Descripció de l’activitat per al docent

Presentació i context

Com és que, a vegades, quan fa fred, es forma boira o s’entelen els vidres dels cotxes? Com és que podem subjectar amb les mans un glaçó, però, en canvi, l’aigua líquida se’ns escola entre els dits quan intentem agafar-la? Estem envoltats d’aigua i de canvis d’estat, però per entendre’ls  cal conèixer el comportament de la matèria a escala submicroscòpica.

En aquest marc, es planteja a l’alumnat el repte de descriure i explicar un canvi d’estat amb el model cineticocorpuscular, per mitjà de dues activitats: l’exploració d’una simulació virtual sobre els estats de la matèria i la creació d’una animació stop-motion que representi el comportament de les partícules durant el canvi d’estat.

Desenvolupament de l’activitat

Inicialment, es presenten diverses situacions quotidianes conegudes per l’alumnat: observar com un glaçó es fon en un got, com apareix baf al mirall del bany o com “desapareix” un toll d’aigua després d’unes hores. A partir d’aquestes situacions, es plantegen preguntes exploratòries inicials: on va a parar l’aigua?, què canvia realment quan una substància es fon o s’evapora? Aquestes preguntes posen de manifest la necessitat d’entendre el comportament de la matèria a escala submicroscòpica, per poder explicar els fenòmens que ens envolten.

Per començar, cada alumne o alumna (o petit grup d’alumnes) tria un canvi d’estat concret (per exemple, fusió, solidificació, evaporació, condensació, sublimació, etc.) i en fa una predicció inicial: dibuixa en un full com s’imagina que estan distribuïdes i es mouen les partícules abans, durant i després del canvi, i ho acompanya d’una breu explicació escrita amb les seves pròpies paraules. Després utilitza la simulació “States of matter: basics”, disponible al web PhET a través d’aquest enllaç.  En aquesta simulació, es pot escollir una substància, modificar-ne la temperatura i observar què passa amb la disposició i el moviment de les partícules en passar de sòlid a líquid o de líquid a gas. Els alumnes configuren la simulació per tal de reproduir el canvi d’estat que estan estudiant, i anoten en una taula senzilla com és el moviment i la distribució de les partícules, abans, durant i després del canvi d’estat. Tot seguit, comparen el que havien predit amb el que realment observen a la simulació, i revisen el seu dibuix i la seva explicació. Aquesta comparació entre la predicció i el comportament observat de la simulació esdevé una avaluació formadora, perquè l’alumnat identifica què havia entès bé i què no. A partir d’aquesta activitat, es fa una posada en comú a l’aula, i s’elabora conjuntament un esquema que reflecteix la relació entre la temperatura, el moviment de les partícules i els enllaços que hi ha entre elles.

Com a tasca d’aplicació, cada grup dissenya i grava una animació stop-motion on representa el canvi d’estat triat a escala submicroscòpica, fent explícit el model cineticocorpuscular mitjançant el moviment, la separació i l’ordre de les “partícules” i afegint una narració breu que ho expliqui. Un stop-motion és un muntatge fet amb fotografies que fan de fotogrames. Per fer-lo, l’alumnat ha de crear una representació de les partícules utilitzant materials accessibles (gomets, plastilina, boletes de paper, etc.). L’alumnat ha de fer una successió de fotos al seu sistema i ha de moure les partícules entre una foto i la següent. Després, pot elaborar el vídeo utilitzant l’app proposada a l’apartat de recursos.

Figura 1: Esquerra: simulador “States of matter”, disponible a l’enllaç https://phet.colorado.edu/sims/html/states-of-matter-basics/latest/states-of-matter-basics_en.html. Dreta: la plantilla de planificació d’un vídeo stop-motion per representar el canvi en la densitat d’una substància, extret de Barbero Camps, E.

Variacions i suports

L’extensió i la complexitat de l’activitat es pot adaptar al temps disponible. En el cas que es disposi de poc temps, es pot fer en dues sessions. La primera sessió seria per al simulador i la segona, per elaborar l’animació. Si es té més temps, pot ser interessant incorporar una projecció dels vídeos elaborats a l’aula, i discutir conjuntament si reflecteixen correctament el fenomen, per tot seguit fer-ne propostes de millora.

Pel que fa a complexitat, en l’activitat descrita es proposa fer un vídeo stop-motion sobre un canvi d’estat. Una altra opció seria elaborar vídeos sobre altres fenòmens que també es poden explicar a través del model cineticocorpuscular (dilatació i contracció de materials, expansió d’un gas, mescles homogènies, etc.).

En el cas que calgui oferir suports a l’alumnat per reduir la complexitat, es proposa oferir un guió de rodatge simplificat, per tal que l’alumnat completi cadascuna de les parts de la narració, i ajudar a estructurar la informació.

Recursos

Simulador “States of matter”, de la plataforma Phet: https://phet.colorado.edu/sims/html/states-of-matter-basics/latest/states-of-matter-basics_en.html

App “Stop Motion Studio”: 

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.cateater.stopmotionstudio&hl=ca

Barbero Camps, E. (2022). Animacions en stop-motion: una oportunitat per aprofundir en el model cineticomolecular de la matèria. Ciències: Revista Del Professorat De ciències De Primària I Secundària, (44), 10–20. https://doi.org/10.5565/rev/ciencies.461