“Bones” preguntes

“Bones” preguntes
Com plantejar les propostes?

Quan s'han de plantejar les preguntes per afavorir una avaluació formadora? Com apropiar-se dels problemes? Quina diferència hi ha entre una predicció i una hipòtesi? Com treballar bé la dimensió metodològica?

Preguntes del model dels sistemes materials

Exemples de preguntes sobre material i propietats, sòlids, líquids i gasos, mescles i substàncies pures, canvis, cicle de la matèria, i estructura de la matèria.

Preguntes del model dels sistemes físics

Exemples de preguntes sobre masses, gravitatòria, electromagnètica, forces, velocitats i sobre la conservació de la matèria i l'energia.

Preguntes contextualitzades, productives, complexes, obertes i tancades

Exemples de preguntes situades en contextos reals que ajuden a identificar idees i coneixements previs, per poder entendre quin és el punt de partida i compartir objectius.

Preguntes del model dels sistemes geològics

Exemples de preguntes sobre la Terra a l'Univers, la geosfera, l'atmosfera, la hidrosfera, les roques, sòl, volcans, terratrèmols, fòssils i riscos naturals

Preguntes de la dimensió actitudinal de la competència científica

Quins són els meus valors i actituds cap a la ciència i/o els científics? Com i quan els poso en acció?

Plantejament d’una proposta sobre la que indagar

Plantejament d’una proposta sobre la que indagar

Quan es treballi sobre una temàtica determinada serà important promoure que el grup-classe es  pregunti quelcom que sigui problemàtic i significatiu per a la construcció del model teòric que es vol ajudar a construir. Per tant, ha de ser un problema sobre el qual es pugui arribar a elaborar una explicació fonamentada en un coneixement científic, tot establint relacions amb sabers anteriors.

Exemples

Faran la mateixa llum les dues bombetes? (comparant dos circuits, un amb una bateria i l’altre amb dues en paral·lel), és una pregunta en la qual es fa una predicció a partir d’idees prèvies, possiblement alternatives, que s’ha de comprovar experimentalment.

La llavor és un ésser viu?
És una pregunta que parteix del coneixement que es té de les funcions que caracteritzen els éssers vius, i per donar-hi resposta ens cal comprovar experimentalment si la llavor les compleix.

Com és que una joguina de ferro s’ha rovellat? És una pregunta que per respondre-la obliga a transformar-la en: quines condicions afavoreixen que el ferro es rovelli?, ja que precisa que es plantegin hipòtesis i s’apliqui un procés per contrastar-les.

La proposta hauria de ser suficientment oberta per promoure l’expressió d’idees i explicacions diverses, de manera que es pugui despertar en l’alumnat la necessitat de trobar dades que possibilitin deduir si hi ha coherència entre els propis models d’explicació i les proves obtingudes.

Això comporta apropiar-se del problema, fer-se preguntes i arribar a un acord sobre quina d’elles guiarà la recerca. De fet se’n poden plantejar moltes de diferents sobre un mateix fenomen.

Exemple

Així, per exemple, si estem fent pa ens poden interessar les variables que influeixen en el seu sabor o els factors que condicionen l'activitat del llevat. En el primer cas, el referent teòric és la funció de relació i, en el segon, seran les condicions de vida d'un microorganisme.

Al mateix temps, a partir d’un mateix referent teòric podem formular preguntes de diferents tipus que condicionaran el procés per donar-hi resposta.

La pregunta que dóna peu a aplicar unprocés d’indagació, no ha de sorgir necessàriament a l’inici de l’aprenentatge d’un tema, sinó que sovint es planteja quan ja se n’ha parlat, és a dir, s’han recordat altres fenòmens similars o fets quotidians relacionats, i s’ha aprofundit una mica en els coneixements científics que ja es tenen. Els estudiants necessiten temps per familiaritzar-se amb el problema i anar desenvolupant l’esperit indagador.

Exemple

La pregunta com és que la joguina s’ha rovellat? sorgirà quan, per exemple, tot treballant sobre els metalls, recordem o observem una joguina de ferro rovellada, però no s’hauria pogut plantejar a l’inici d’un projecte o unitat didàctica.

La pregunta ens pot portar a fer prediccions o a plantejar hipòtesis:

Predicció

Una predicció és una verbalització d’allò que es creu que pot passar a partir de la pròpia intuïció o de dades i coneixements previs, i és científica si es pot verificar.

Els temps verbals prioritzats són el futur, el subjuntiu i el condicional. Aquest darrer temps serveix per remarcar el fet que la previsió no s'ha d'acomplir necessàriament. Si es fan prediccions -encara que siguin errònies-, sempre haurien d’estar fonamentades en algun coneixement (com que sabem que... creiem que..., o en funció del que saps sobre ... -idea x-, quina és la teva predicció sobre què succeiria quan ...?).

Per exemple, una predicció ben plantejada (tot i que es refutarà a l’indagar) seria: com que sabem que una bateria proporciona energia perquè la bombeta s’il·lumini, creiem que a més bateries la bombeta sempre farà més llum.pre

Variable independent

La variable independent (VI) és la que es modifica per poder determinar la seva influència sobre un procés d’indagació concret. Per exemple, si creiem que l’oxidació del ferro depèn de l’aigua, aquesta és una VI diferent de si pensem que depèn de l’oxigen –que hi ha a l’aire o dissolt a l’aigua-, la temperatura o l’acidesa.

Hipòtesi

Una hipòtesi és també una predicció en la qual, a més, s’explicita la relació entre dos variables que ens porta a una possible deducció dels resultats. La formulació d’una hipòtesi necessita de la identificació de possibles variables que intervenen en el fenomen objecte d’estudi, diferenciant la dependent, la independent i les que es controlen.

Una manera d’escriure-la és en base a la fórmula: com que sabem que... (coneixement de referència), aleshores quan... (variable independent) observarem que... (variable dependent), sempre que no canviïn... (variables control).

Per exemple: com que pensem que el ferro es rovella en contacte amb l’aigua, llavors si posem un clau a dins d’un got d’aigua es rovellarà més que a fora de l’aigua en un mateix període de temps (però també podríem pensar que la variable important és la presència d’oxigen a l’aigua, la temperatura, l’acidesa o la salinitat). Una hipòtesi ben plantejada ens orienta sobre com seleccionar el mètode i instruments més adequats per donar resposta al problema. Al contrastar hipòtesis, es contrasten també models teòrics.

Variable dependent

La variable dependent (VD) és la que ens evidencia els resultats dels canvis en la independent. Per exemple, en funció de cada VI el clau es rovella més o menys.

Les variables controlades són les possibles VI que en cada experiment s’han de mantenir constants, ja que només se’n selecciona una, que és la que volem saber si influeix en els resultats. Per tant, són les variables que es mantenen igual al llarg de tot l’experiment. Per exemple, en el cas de l’oxidació del ferro, si seleccionem com a VI l’aigua, haurem de mantenir constant en les diferents mostres el “tipus” de ferro, la temperatura, l’acidesa, la salinitat, la presencia d’oxigen, el temps… Tot i així, cal tenir en compte que a vegades el problema és més complex i les variables són interdependents. En ocasions també parlem de fer una prova en “blanc” per referir-nos a un experiment en el qual en una de les proves no es fa actuar la variable VI objecte de la investigació.

Per exemple, si volem saber si les mans tenen més microorganismes en funció del seu grau de netedat, hauríem de fer proves en les que posaríem empremtes dels dits més o menys nets en diferents càpsules de Petri amb agar-agar i també una prova “en blanc” en la qual tan sols hi hagués l’agar-agar (per comprovar que només amb aquest aliment no creixen microorganismes).

Estructura de la matèria

Estructura de la matèria

Teresa Pigrau i Neus Sanmartí

Idees per treballar i dificultats per revisar

Les idees bàsiques per treballar juntament amb les idees habituals de l'alumnat per revisar

Exemples de preguntes

Preguntes i activitats que ajuden a construir aquests conceptes

La funció reguladora de l'equip docent

Exemple de xarxa sistèmica on l'equip docent analitza les idees de l'alumnat sobre els canvis d’estat en base a la teoria corpuscular de la matèria

Idees per treballar i per revisar

Les idees bàsiques per treballar juntament amb les idees habituals de l'alumnat per revisar

La matèria és discontínua, formada per partícules


Per explicar les propietats dels materials i els seus canvis hem d’imaginar-nos de què estan fets, quines "parts" els formen, com són aquestes parts, quantes n’hi ha, com s’ordenen i es reparteixen, i com s’uneixen entre elles (estructura). Percebem la matèria com a quelcom continu i per explicar les seves propietats i canvis ens l’hem d’imaginar discontinua.

No cal que en aquestes etapes els nens i nenes sàpiguen la diferència entre un àtom, una molècula o un ió, ja que n’hi ha prou que es representin que allò que veuen com a continu, està format per parts.

Neus Sanmartí i Teresa Pigrau
Representació de la mol·lècula de l'aigua. Escola Pia d'Olot

Les partícules de la matèria són molt petites, es mouen i interaccionen entre elles


Les partícules (amb els més petits es pot parlar de "parts"):

Són moltíssimes i molt, molt petites. No es poden veure i per tant, les imaginem. Però a l’imaginar-les, podem explicar les propietats i canvis que observem.

Estan distribuïdes a l’espai, bé de forma ordenada formant cristalls o bé de forma desordenada, més o menys a l’atzar, en el cas dels sòlids amorfs, dels líquids i dels gasos. En el cas dels plàstics i les fibres dels teixits formen llargues cadenes i, per tant, es poden doblegar i fer fils, però costarà trencar aquestes cadenes.

Estan unides entre elles per forces que poden ser més o menys fortes. Si són fortes, serà més difícil trencar el material (i per tant, serà més dur).

Es mouen. Quan més calent està un material (més temperatura), més es mouen les seves partícules. Per tant, en un gas es mouen més ràpidament que en un sòlid. Si la unió entre elles és més dèbil, es poden moure més fàcilment.

En un canvi feble o físic, el nombre de partícules és el mateix abans i després del canvi.

Els diferents tipus de partícules es relacionen amb nivells escalars


Els diferents tipus de partícules es relacionen amb nivells escalars per imaginar com és la matèria per dins.

Cada tipus de partícula correspon a un nivell o escala de descripció de la composició de la matèria.

Per exemple, entre un material que observem a ull nu i estructures atòmiques o moleculars, avui parlem de l’escala de nanopartícula, que és la part més petita de la matèria que té les propietats del material. Per exemple, una molècula d’aigua (nivell micro) no té les propietats de l’aigua (nivell macro). En canvi, per tenir la part més petita d’aigua, necessitem un petit nombre de molècules d’aigua unides entre sí (nivell nano).

Els materials es poden presentar en formes diverses


Un material és, doncs, un sistema format per ‘parts’ -partícules, àtoms, molècules, ions...- que interaccionen entre elles de forma que les propietats no són de les parts sinó del conjunt (l’àtom no és ‘dur’, sinó que el material és dur com a resultat de la manera com interaccionen les seves ‘parts’).

Unes propietats i canvis dels materials es poden explicar només imaginant "partícules", però en d’altres es necessita pensar en parts més petites: en molècules i àtoms, en electrons i protons, en quarks...

Per exemple, el canvi d’estat es pot explicar amb la idea de partícula, però per entendre la combustió del carbó necessitem parlar dels àtoms, i per explicar la conductivitat elèctrica d’un material, imaginar els electrons que és una part de l’àtom.

Exemples de preguntes que ajuden a construir aquests conceptes

Podem trencar (esmicolar) l’aigua, l’aire, una galeta, un metall, un cabell o fil...?


Com ho trenquem/esmicolem? Com de petites poden arribar a ser les parts? Quantes parts podem arribar a tenir?
Com ens imaginem el material per dins si és que podem canviar la seva forma, trencar-lo…? Com ens l’imaginem per dins, abans de trencar-lo i després? Si els materials són diferents, les parts seran diferents?
Imatge: Mercè Izquierdo

Com ens imaginem una substància o una mescla per dins?

Com ens imaginem una substància o una mescla per dins, si poguéssim veure les seves parts amb unes ulleres màgiques? Pensem en l’aigua, un metall, l’aigua de mar, l’aire... Com seran aquestes parts (grandària, igual/diferents…)? Com ens imaginem l’aigua per dins tenint en compte que es pot trencar (en gotes), passar per un paper de filtre...? Com ens imaginem l’aigua i el colorant mesclats (per dins) quan és d’un color molt intens o no tant?
Imatge: Mercè Izquierdo

Podem trencar un material amb aigua? amb foc?


Què pensem els que passa a les “parts” del material quan el trenquem, l’esmicolem, el barregem amb aigua, l’escalfem... Podem ‘trencar’ un material amb l’aigua? On estan les parts de la sal /sucre quan s’han dissolt a l’aigua? Podem ‘trencar’ un material amb foc? Què ens imaginem què els passa a les parts?

Com ens imaginem l’aire per dins (les seves parts) abans i després de comprimir-lo amb una xeringa? Quan estaran més juntes les ‘parts'? Hauran canviat de forma o de grandària?

Imatge: Mercè Izquierdo, Grup Kimeia

Com representaries les parts de l'aigua en estat sòlid, líquid o gasós?


Com ens imaginem les parts de l’aigua quan està en estat sòlid (gel), estat líquid o estat gasós? Com estan distribuïdes en l’espai? Estaran ordenades o desordenades? Podem representar-ho amb un dibuix? I amb el nostre cos?

En un vidre, les seves partícules estaran distribuïdes de manera més semblant a un cristall o a un líquid? Com ho podem saber observant un cristall o un vidre?

Imatge: Grup Kimeia

Ens podem imaginar com s’unirien les ‘parts’ d’una galeta, d’una fusta o d’un metall si les representéssim amb persones?


Com estaran unides les ‘parts’ si costa trencar el material o si es trenca fàcilment?

Imatge: Neus Sanmartí i Teresa Pigrau

Què creus que passarà amb les ‘parts’ d’un material quan li donem energia (escalfem)?


Què creus que passarà amb les ‘parts’ d’un material quan li donem energia (escalfem)? –l’aigua, l’aire, un metall...-.

Quan ‘tens molta energia’, et pots moure més?

Imatge: Grup Kimeia

La funció reguladora de l'equip docent

A partir de les dades, l'equip docent analitza les respostes

Exemple de xarxa sistèmica on l'equip docent analitza les idees de l'alumnat sobre els canvis d’estat en base a la teoria corpuscular de la matèria

El cicle d’un material

Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

"Bones" preguntes

Possibles bones preguntes que ajudin a la construcció d'aquestes idees

Idees per treballar

En els cicles de materials la matèria es conserva i l’energia, normalment, es degrada

Idees per revisar

Podem ‘seguir la pista’ a un material, des de com el trobem a la natura (i encara podríem anar més enrere, per tal d’estudiar-ne els canvis geològics o biològics), com l’anem transformant per diferents usos, com el deixem d’utilitzar i com torna a formar part de la ‘natura’ (cicle del material). Sempre que hi ha un canvi, implica que hi ha una transferència d’energia. L’energia de l’univers es conserva -sempre és la mateixa-, però quan un material canvia l’energia del producte final és de menor qualitat (se n’ha perdut en forma de calor o, el que és el mateix, s’ha degradat). Una excepció molt important és la fotosíntesi. En aquest canvi, un dels productes que s’obtenen -els glúcids- emmagatzemen l’energia del Sol.

Exemples d'activitats i preguntes que ajuden a construir aquests conceptes
Exemples d'activitats

Preguntes que ajuden a construir aquests conceptes

D’on prové el(s) material(s)?


D’on prové el(s) material(s) amb el(s) que s’ha fet un jersei, un moble, una joguina, un envàs, una màquina, el paper....?

Seguim la pista a…. El pa, un teixit, una cullera… què era abans? I abans? I abans?… Com es passa d’una planta a fabricar pa?

Imatge: Neus Sanmartí i Teresa Pigrau. Escola Coves d'En Cimany.

Què passa amb un material quan ja no el fem servir?

Què li passa al paper, al plàstic, a un metall, al menjar...-? Aquesta làmina de ferro –plàstic, paper, menjar…-, què era abans? I abans? I abans? … I després, en què es transformarà? I després? I després?… Podríem tornar a l’inici, fer un cicle?

A la natura, hi ha alguna cosa que desaparegui?

Quan temps tarda un material en canviar (en fer el cicle)? Tots els materials tarden el mateix? Què és millor per al medi ambient, utilitzar molts envasos i tirar-los als llocs que es recomana o bé mirar d’utilitzar productes que tinguin menys envasos (posar exemples d’anar a comprar)? Per què?

Clica sobre el títol per accedir a un article sobre el cicle del paper:

Castelltort, A., & Sanmartí, N. (2006). El cicle del paper: una proposta didàctica per aproximar-nos a la comprensió del problema dels residus. Ciències, 4, 2–6.

Podem imaginar la història d'una gota d'aigua?


Podem imaginar i explicar la història d’una gota d’aigua a la natura? I a una que arriba a casa nostra? Quins canvis li van succeint a la gota?

Per què es produeixen aquests canvis? Es necessita ‘gastar’ energia? Quina diferència hi ha entre l’energia que és necessària pels canvis en el cicle de l’aigua natural i en el cicle de l’aigua que arriba a casa nostra?

On va a parar l’aigua de la pluja? D’on prové l’aigua que surt per una font? A on va a parar l’aigua que tirem per la pica o al wàter?

Imatge: Neus Sanmartí i Teresa Pigrau. Escola Coves d'En Cimany.

Clica aquí per trobar més exemples sobre el cicle de l’aigua des de la perspectiva dels sistemes geològics (La hidrosfera com un subsistema de la Terra) 

Clica sobre els títols per accedir als  articles sobre el cicle de l’aigua:

Márquez, C., & Bach, J. (2007). Una propuesta de análisis de las representaciones de los alumnos sobre el ciclo del aguaEnseñanza de Las Ciencias de La Tierra, 15(3), 280–286.

Márquez, C. (2005). Treballar el cicle de aigua des de la perspectiva dels models explicatius. Perspectiva Escolar, 292, 26–34.

Amb quins materials està construïda l’escola


Amb quins materials està construïda l’escola (o un edifici de Gaudí, o …? D’on provenen aquests materials? Quins canvis han tingut lloc per tal que siguin útils per a la construcció? I en què es transformen al llarg dels anys?

Quines són les roques que es van utilitzar com a matèries primeres? Podem seguir la pista als canvis des d’una roca en cada material de construcció? I aquesta roca, d’on prové?

Cliqueu per accedir a una proposta didàctica de CESIRE-CDEC: Quins materials podem utlitzar per a la construcció de les nostres cases. Elaborada per Teresa Pigrau. 

Canvis

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

Els títols tramats en color es corresponen amb les  IDEES PER TREBALLAR,mentre que la seva descripció detallada fa referència a les IDEES PER REVISAR. A la part inferior hi trobareu exemples de bones preguntes. 

En tot canvi, la massa es conserva

Quan un sistema material canvia, les substàncies finals tenen propietats diferents de les inicials. En tot canvi, la massa es conserva. Els canvis es produeixen a l’exercir accions sobre els materials –donar un cop i trencar o esmicolar, interaccionar amb l’aigua, l’aire o altres materials), escalfar (gràcies al Sol o a qualsevol altre font de calor) o fer passar el corrent elèctric,…–. Poden ser més ràpids o més lents i hi ha factors que els poden accelerar.

En un canvi físic es conserven les substàncies i, per tant, les partícules que les formen

Tradicionalment, s’anomenen com a físics o febles aquells que es caracteritzen perquè la substància és la mateixa a l’inici que al final del canvi, tot i que la podem observar com a diferent. És el cas, per exemple, dels canvis d’estat: el gel, l’aigua líquida i el vapor són el mateix material: aigua, i es pot passar d’un estat a l’altre transferint energia en un sentit o en un altre. Cada pas entre estat rep un nom i tots ells són reversibles.

Altres canvis físics o febles interessants per ser estudiats són la dilatació, la difusió i la dissolució.

Quan s’expliquen, és interessant parlar de la conservació del material i dels canvis en l’estructura (que impliquen la conservació de les partícules). Per exemple, un material es dilata perquè les partícules es separen (es mouen més ràpidament) i, per tant ocupen més espai (volum), però no perquè les partícules es dilatin. 

Els nens i les nenes, des de molt petits, poden començar a construir una representació de la conservació de la matèria en els canvis.

Preguntes que poden ajudar a construir aquests conceptes són:

Què penses que passarà al mesclar farina, sucre, sal... amb aigua, oli, alcohol...?

Com expliquem que no en tots els casos observem el mateix? A la barreja continua havent-hi les substàncies que hem mesclat? Com es podria saber? Com s’embruta l’aigua? Què canvia a l’embrutar-la? Per què no hem de tirar l’oli per l’aigüera?. Imatge: Escola de Salàs de Pallars.

Com és que una pilota està més “inflada” quan la deixem al Sol?​

Com funciona un termòmetre d’alcohol? Com és que a l’estiu ens costa més posar o treure un anell que a l’hivern?

Com canvia un material a l’escalfar-lo?

El podem tornar a tenir igual que a l’inici al refredar-lo? Què passa amb la temperatura mentre una substància pura es fon? I amb un vidre? Com és que a vegades s’entelen els vidres?

Imatge: Representació d’alumnes de 7 anys sobre el canvi de l’aigua a l’evaporar-se en els qual es pot comprovar com ja tenen una primera idea de conservació. Aquests alumnes havien fet tot un procés d’imaginar-se la matèria per dins de manera discontínua (Mestre: Andrés Acher)

Com és que notem un perfum lluny del lloc on està l’ampolla oberta?

Imatge: Victòria Carbó i Montse Padern. Dibuixo una olor que s'escapa de la margarida i va cap al nas

Què li passa a una dissolució d'aigua i sucre quan l'escalfen?

Exemple de V de Gowin en què els alumnes relacionen la metodologia (què ha passat durant l'experimentació) amb els principis conceptuals.

Com és que es pot escalfar aigua en un vas de paper?

Cada equip d’alumnes que han fet l’experiment, ha construït una V de Gowin a partir de l’experiment realitzat. En aquest cas, una vegada han dissenyat una primera versió de la ‘V’, comparen i discuteixen en gran grup els continguts dels diferents apartats. En funció del que s’ha dit, realitzen la versió definitiva, com la del exemple que es mostra.

En un canvi químic les substàncies finals són diferents de les inicials i, per tant, les partícules també són diferents ja que es reordenen els àtoms que les formen

Els canvis químics o forts són els que es caracteritzen perquè les substàncies inicials (reactius) són diferents a les que s’obtenen al final del canvi (productes). Pot canviar el color, la densitat, el punt de fusió… Quan cremem fusta, a l’inici teníem cel·lulosa, lignina… i oxigen, i al final tenim altres materials (aigua, diòxid de carboni i cendres). La majoria dels canvis químics no són reversibles, com és el cas de la combustió de la fusta. Un exemple contrari és el del sulfat de coure que és de color blanc i quan reacciona amb l’aigua és de color blau (sulfat de coure pentahidratat). Reconeixem que ha tingut lloc un canvi químic perquè ha canviat el color. Si l’escalfem, en aquest cas tornem a tenir el sulfat de coure inicial (de color blanc).

En els canvis anteriors la massa també es conserva. És a dir, la massa dels reactius es igual a la dels productes. Al cremar fusta, tot i que sembla que “es perd” matèria, si peséssim l’aigua, el diòxid de carboni i les cendres, obtindríem la mateixa massa que sumant la fusta i l’oxigen inicials.

Per explicar un canvi químic o fort no és suficient parlar de ‘partícules’, cal un subnivell més: les partícules són molècules formades per àtoms. Els àtoms són els mateixos abans i després del canvi, però les molècules són diferents, ja que els àtoms es reorganitzen, combinant-se de manera diferent a l’inicial.

Exemples de preguntes que ajuden a construir aquests conceptes poden ser: ​

Es podria fer foc sense aire?

Què hi ha a l’aire que el fa tan important? Es pot cremar alguna cosa (una espelma) si no hi ha aire?

Què fa l’aire quan entra al nostre cos?

Amb què reacciona? Quins productes s’obtenen? Quina diferència hi ha entre l’aire inspirat i l’expirat? Com ho podem saber?  Per què són diferents? Com va canviant el pa quan entra al nostre cos? Imatge: Escola Calós de Ciutadella, Menorca.

Com és que si posem una planta en un armari, es torna de color grogós i finalment mor?

Com expliquem el canvi que observem al cremar magnesi?

Què creus que es necessita per fer focs artificials? Com obtenir focs de colors diferents? Quines precaucions cal tenir per tal que no es produeixin accidents al manipular petards? Com expliquem que si les tenim en compte no ens fem mal?. Imatge: Cremant magnesi (canvi químic)

Com apagar un incendi? Per què?

Sabent què es necessita perquè es produeixi un incendi –materials combustibles, oxigen i temperatures altes-, com actuar si se’n produís un a l’escola?

Com transformar la llet en iogurt?

Com és que el iogurt té un gust diferent al de la llet?

Què li entra a una planta per fabricar el seu aliment i què li surt?

Què fem i què afegim als sòls perquè siguin més adequats per cultivar-hi plantes? Si el sòl és molt àcid, que es pot fer?

Dibuix d’un alumne de 6è de per explicar el canvi que produeix cremar magnesi (Escola Coves d’en Cimany )

Per què es rovella el ferro?

Com és que cobrim el ferro amb pintura de mini? Al ferro rovellat també l’atreu un imant? Per què?

Al posar una pastilla efervescent a l’aigua surt un gas, com puc saber si s’ha dissolt o s’ha produït un canvi químic?

En què ens podem fixar?. Font imatge: https://www.ciensacion.org/

Mescles i substàncies pures

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

Idees per treballar i revisar

Les idees bàsiques per treballar. Les idees habituals de l'alumnat per revisar

Els materials poden estar formats per un sol tipus de substància o per vàries.

Una substància és tota porció de matèria que comparteix determinades propietats característiques. Normalment l’anomenem pura per distingir-la de les mescles. Una substància pot ser un element o un compost, segons estigui formada per un sol tipus d’àtoms o diversos. La figura següent representa una manera de classificar els materials segons la seva constitució.

Algunes preguntes

Que ajuden a construir aquests conceptes podrien ser:

Com podem saber si l'aire està format per una sola substància o moltes?

Com podem saber si un material està format per una sola substància o moltes? I l’aigua de l’aixeta? I l’aire? Una roca és una substància pura o una mescla? Com ho podem saber? De què estan fets els ‘aires’ no transparents: boira, fum... ? Tots els ‘aires’ i totes les aigües són iguals? Què hi ha a l’aigua del mar, a l’aigua amb gas...? Hi ha aigües netes i brutes? I aires? Com s’embruten l’aigua o l’aire? Per què és important que l’aigua i/o l’aire sigui net? Per què no és bo respirar aire d’un cigarret?

Qué hi ha en un detergent comercial?

Què hi ha en un detergent comercial? On van a parar els seus components quan els mesclem amb l’aigua? Es dissolen en l’aigua? És fàcil separar les substàncies que formen part d’un detergent una vegada barrejades amb l’aigua?

Una solució és una mescla homogènia

Una solució (o dissolució) no sòlida és sempre transparent encara que sigui acolorida, mentre que una mescla heterogènia o un col·loide és opaca i no possibilita veure objectes a través d’ella. L’aire és una solució de gasos i és transparent, mentre que la boira és suspensció col·loidal d’aire i gotes molt petites d’aigua i no és transparent.

Una altra manera de classificar els materials es recull en aquest segon esquema (en funció dels procediments per separar-los).

Els components d'una mescla heterogènia s'observen a ull nu

Els tipus de materials es poden diferenciar en funció de les accions a fer per obtenir-los. Els nivells representats en el gràfic també ens donen un criteri per seqüenciar el seu aprenentatge. En el primer nivell es poden classificar els materials en homogenis i heterogenis només observant a ull nu. Per al segon, cal efectuar canvis de tipus físic (si les interaccions entre les substàncies que el formen són febles) com, per exemple, filtrar, decantar, destil·lar, fer una cromatografia…, i per al tercer calen canvis químics (interaccions fortes) com, per exemple, escalfant fortament o fent una electròlisi.

Preguntes per comparar solucions i mescles

Algunes preguntes que ajuden a construir aquests conceptes podrien ser:

La farina es dissol dins l'aigua? Com podem diferenciar entre una solució i una mescla (heterogènia)?

Com podem diferenciar entre una solució i una mescla (heterogènia)? Ho podem veure a ull nu si és una cosa o una altra? Podem tenir solucions sòlides (aliatges)? I de gasos (aire)? El paper es dissol en l’aigua? I la farina? Com podem saber si un material és una substància pura o no comprovant el seu punt de fusió? Com podem separar els ingredients del Cola Cao?

Font imatge : Pilar Melcón. El racó de la cuineta.

Clica aquí per veure la proposta didàctica per a EDUCACIÓ INFANTIL I I CICLE INICIAL de Pilar Melcón: El racó de la cuineta

Els components d'una mescla es poden separar utilitzant mètodes físics

Els dos tipus d’accions associats als conceptes –ajuntar i separar– són necessaris per construir els conceptes. Per exemple, ajuntem substàncies i es formen mescles, o bé tenim mescles i filtrem, decantem, destil·lem, fem una cromatografia, imantem… i obtenim substàncies pures.

Els Els elements que formen un compost es poden separar per mètodes químics

Als alumnes els costa diferenciar entre una solució i un compost, perquè en els dos casos s’observa com si fos una sola substància. Les diferències bàsiques són que en el cas de les solucions, les substàncies que la formen interaccionen de forma feble i es poden barrejar en diferents proporcions, mentre que en un compost els elements que el formen interaccionen de manera forta i la composició és constant.

Preguntes sobre ajuntar substàncies i separar mescles

Com podríem separar sal i farina, arena i aigua, oli i aigua?

Com podríem separar llimadures de ferro barrejades amb farina? I sal i farina, sorra i aigua, oli i aigua? O obtenir sal de l’aigua de mar i alcohol del vi? Podríem separar la sal de l’aigua filtrant? Per depurar l’aigua, quines tècniques podem utilitzar? I si volguéssim tenir aigua potable, què més s’hauria de fer i comprovar? Per què? Què i com hem de separar tot allò que tirem a les escombraries? Per què cal fer-ho? Què fer amb un objecte que és de plàstic i cartró? O de...? Què serà més fàcil de reciclar, un envàs de llet de plàstic o un envàs “Tetra brik”? Per què?

Sòlids, líquids i gasos

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

Idees per treballar i per revisar

Les idees bàsiques per treballar. Les idees habituals de l'alumnat per revisar​

La majoria de materials són difícilment classificables en tres estats de la matèria

Tradicionalment els materials es classifiquen en aquests estats tot i que també podem parlar de plasma com un quart estat de la matèria (a molt alta temperatura). Tot i així, la majoria dels materials són difícilment classificables segons aquests estats. Per exemple, parlem de cristall líquid i utilitzem molts gels (flams, gelatina, detergents...), que no es poden identificar ni com a sòlids ni com a líquids.

Les partícules en els materials poden estar ordenades o desordenades

Sense deixar de banda aquesta classificació, segurament interessa ‘jugar’ també amb la idea de materials ordenats i desordenats. Els que en diem ordenats, que són els cristalls, els podem imaginar formats per partícules situades en un cert ordre, mentre que en els que en diem desordenats –els sòlids amorfs, els líquids i els gasos-, les partícules es distribueixen més a l’atzar. Alguns materials estan entre l’ordre i el desordre i per això parlem, per exemple, de cristalls líquids –utilitzats a les pantalles de televisors LCD (Liquid Cristal Display)-.

Els sòlids es poden trencar, els líquis vessar i els gassos aspirar

Diferents accions ajuden a construir els conceptes associats als diferents estats. Per exemple, en relació a l’estat sòlid: agafar, trencar, esmicolar, trossejar...; vessar i transferir per als líquids; els gasos són els més difícils de conceptualitzar per a l’alumnat ja que com que no es veuen, creuen que no hi són o que no tenen massa (no pesen) i no són ‘matèria’. Bufar i aspirar són les accions que més ajuden a la construcció del concepte i a imaginar l’estructura, així com també la idea que s’expandeixen (un perfum el notem des d’una part de l’habitació a una altra) i que es poden comprimir.

"Bones" preguntes

Algunes preguntes que ajuden a construir aquests conceptes podrien ser:

Estructura

Tots els líquids es comporten igual? I els sòlids? I els gasos? En què s’assemblen i es diferencien?
Imatge: Science Learning Hub

Un flam és sòlid o líquid?

Un tros de carn és sòlid o líquid? I un flam? En què em fixo per decidir-ho? ​
Imatge: Science Learning Hub

Canvis i control/regulació


Com podem obtenir un cristall? Com podem fer que sigui més gran? Quan es trenca un vidre, quines formes tenen els trossos? I quan es trenca un cristall? Al vidre li podem donar qualsevol forma? I a un cristall de sal li podem canviar la forma de cub? Com? Seran iguals les formes dels cristalls de substàncies diferents? Podem identificar una substància que cristal·litza per la forma dels seus cristalls? Com ens imaginem una substància per dins si és un cristall o si és amorfa (sense forma definida)? Com serà la distribució de les partícules en cada cas? Estaran igualment ordenades?

Exemple d’explicació d’un nen de 4t de primària (Escola “La Mar Bella”, Barcelona)

Canviarà el volum del globus?

Els alumnes han observat canvis en el volum d’un globus situat en un pot en el qual es fa el buit. Després revisem la redacció a partir de la comparació entre les diferents versions. En aquest exemple s’observa com l’alumne ha canviat la paraula ‘ajuntar-se’ per ‘igualar-se’.

Font: Conxita Márquez. Escola Bellaterra (Cerdanyola del Vallès). C.S.

Material / Objecte

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí.

Idees per treballar

Les idees bàsiques a treballar per explicar aquestes propietats i canvis

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

En aquest apartat trobareu en un sol bloc les idees per treballar i per revisar.  Tots els objectes estan fets a partir de materials. Un objecte pot estar fet de diversos materials.

Els objectes estan fets de materials

Un objecte ve determinat per les seves propietats extensives (massa, volum), mentre que un material per les intensives. Els objectes els podem construir gràcies a les propietats intensives dels materials. Pensem, per exemple, en les propietats del material que ens permeten fabricar un ganivet de ferro i per què no fem ganivets de fusta o de vidre.

Les propietats intensives dels materials condicionen les propietats extensives dels objectes que formen

Els objectes es poden comptar fàcilment (són discontinus), mentre que els materials els observem com un continu. L’objecte ‘gotes d’aigua’ és observat discontínuament, mentre que el material aigua el veiem com un continu.

Els materials es poden presentar en formes diverses

Als alumnes els costa identificar materials idèntics presentats en formes diferents, per exemple, en pols o compacte.

Es pot canviar la forma sense canviar la massa i el volum

També els costa diferenciar entre forma i volum i reconèixer que la massa o el volum poden ser iguals malgrat canviar la forma.

"Bones" preguntes

Possibles bones preguntes que ajudin a la construcció d'aquestes idees

Preguntes per diferenciar els objectes dels materials:

De quins materials està fet un objecte (joguines, objectes d’ús a l’escola, roba, una bicicleta…)?

Quins materials hi ha en un envàs (per exemple, una ampolla de cava –vidre, suro, filferro, paper etiqueta-)?

Quan es porta a reciclar, s’han de tirar aquests materials als mateixos contenidors?

Preguntes sobre els usos dels materials:

Quin material és el que ens pot anar més bé per fer…?

Per què utilitzem vidres per les finestres, …?

Quins objectes diferents es poden fer amb fusta, ferro, plàstic, ‘goma’…?

Quines propietats té la fusta, el ferro, el plàstic, la ‘goma’… que les fan tan útils per fabricar aquest objecte?

Ens podem imaginar un ganivet de plastilina, una sabata de ‘pedra’…?

Per què els plàstics són uns materials tan útils? Quines propietats els fan útils i quines no?

Material i propietats

Teresa Pigrau

Neus Sanmartí 

Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

Dins aquest apartat els títols tramats en color es corresponen amb les  IDEES PER TREBALLAR, mentre que la seva descripció detallada fa referència a les IDEES HABITUALS DE L’ALUMNAT A REVISAR. A la part inferior hi trobareu exemples de bones preguntes. 

Els materials tenen propietats intensives i extensives

En tot material es poden observar i identificar dos grans tipus de propietats:

  • Propietats característiques o intensives: depenen del material però no de la seva quantitat (cada substància pura les té diferents d’altres i la caracteritzen). Aquestes propietats es mantenen quan el trenquem, l’esmicolem, fem barreges…: gust, color, olor, densitat, duresa, mal·leabilitat, solubilitat, conductivitat del calor o elèctrica, reactivitat química,  grau d’acidesa, estat a una temperatura determinada…

  • Propietats no característiques o extensives: no depenen del material però sí de la quantitat de matèria: massa i volum (dos materials diferents poden tenir la mateixa massa o volum i un mateix material pot tenir diferent massa i volum).

No cal encara diferenciar entre material i matèria

En aquestes edats no cal entrar en diferenciar entre material i matèria. Es diu que l’Univers està constituït de matèria i energia, i s’oposa la idea de matèria a la “d’esperit” (una de les dificultats dels alumnes -i històriques- és reconèixer que la llum i la ‘calor’ no són matèria sinó formes diferents de manifestar-se l’energia, tot i que en sentit estricte l’energia està formada per fotons -un tipus de partícules-)

Definim què és una substància

També cal tenir en compte que sovint s’utilitza la paraula substància com a sinònim de material. Considerem que seria preferible utilitzar el concepte de substància per als materials purs, mentre que material seria un terme més ampli, ja que inclouria les substàncies i les mescles.

Els conceptes els construïm realitzant accions sobre els materials

El concepte de matèria i les seves propietats es va construint a partir de l’aplicació d’accions sobre els materials: trencar, esmicolar, ratllar, vessar, transferir, bufar, aspirar, barrejar, escalfar, atreure amb un imant… Si costa de ratllar diem que és dur, si li podem donar forma sense que es trenqui diem que és mal·leable, si se’n va al fons de l’aigua d’un got és que és més dens que l’aigua, si es ‘trenca’ amb l’aigua és soluble i la mescla queda transparent, si ‘pica’ a la llegua és àcid…

"Bones" preguntes

Possibles bones preguntes que ajudin a la construcció d'aquestes idees

Preguntes per descriure els materials
Què comprovem al fer-lo servir?

Com és? Quines sensacions tens (què es nota) al fer una acció? Què comprovem al fer sevir un instrument? Què passa a l’apropar un imant al ferro? I a la fusta?

L'aire pesa? I la calor? i l'aigua?

Com notem que hi ha aire al nostre voltant? La llum és matèria, pesa? I la calor? I l’aire? I l’aigua? Quina diferència hi ha entre un cristall i un vidre? El ferro és gris o està pintat de gris?

Preguntes per identificar materials per les seves propietats

Com saber si és ferro o alumini? Si té una determinada olor, gust, color..., podem saber quin material és? Si té una determinada forma, grandària.., podem saber quin material és? Té la mateixa densitat l’aigua que l’oli? Com ho podem saber? Sura o no en aigua? Es dissol o no...? Com podem diferenciar la sal i el sucre, sense provar-los? Quines propietats de l’aigua la fan tan útil per rentar? Per què utilitzem cables de coure perquè circuli el corrent elèctric i no fils de plàstic? Tots els sòls són igualment permeables (filtren l’aigua)? Com ho podríem comprovar?

Preguntes per agrupar materials
Preguntes per agrupar materials:

Aquest i aquest altre material tenen el mateix … (propietat)? Com ho podem saber?

Entre diferents materials, quin és el que és més … (propietat)? Com ho podem comprovar?

En què s’assemblen el ferro i la fusta, l’aigua i l’oli, els diferents tipus de plàstic…? En què es diferencien?

L’aigua, el gel i el vapor són el mateix material (substància) o són diferents? Com ho podem saber?

Idees clau

Model per interpretar sistemes materials

Teresa Pigrau

Neus Sanmartí

El model per aprofundir en l’estudi dels “sistemes materials” es treballa a tots els cicles i s’aprofundeix, en espiral i de manera interrelacionada, en les idees següents:

ESTRUCTURA

Composició i propietats

Es refereix a la composició del material (les substàncies que en formen part i com estan distribuïdes, per exemple, en un objecte, una mescla…), i a les seves propietats (com són i com es comporten).  

Un material o diferents? Dur o tou? Àcid o bàsic? Sòlid, líquid, gas o plasma? Ordenat o desordenat? Mescla o pur?

CANVIS I PROCESSOS

Físics i químics

Es refereix als canvis que tenen lloc a l’interaccionar els materials que formen el sistema, que poden ser deguts a interaccions dèbils (físiques) o fortes (químiques), reconeixent quines eren les substàncies que hi havien abans del canvi i després, i en què han canviat (encara que les substàncies siguin les mateixes). També que la matèria (la massa, els elements, els àtoms…) es conserva al llarg dels canvis i que aquests són cíclics (cicle de l’aigua, del paper, del CO2…).

Com canvia quan es donen cops, a l¡afegir aigua, quan s’escalfa, al fer passar electricitat…? Què hi havia abans i després del canvi? Com sabem que quan interaccionen dues substàncies el canvi és feble o fort?

CONTROL-REGULACIÓ

de les interaccions

Es refereix a les interaccions matèria-energia entre el sistema i el seu entorn, tot identificant què entra i què surt, i com es controla-regula el canvi (per exemple, la seva velocitat) en funció de variables com la temperatura, la pressió o la quantitat de les substàncies que interaccionen.

Com es pot aconseguir que els canvis siguin més lents o més ràpids? Com canvia el medi quan un material canvia? Com podem aconseguir que els canvis siguin sostenibles ambientalment?

Temps

Es refereix al cicle del material, és a dir, a com podem tornar-lo a tenir a partir de la reflexió sobre d’on ve (l’aigua, el paper, el CO2…) i a on va en cadascun dels canvis que possibiliten tancar el cicle.

Escala

Es refereix als diferents nivells a partir dels que es pot analitzar un sistema material, diferenciant entre el nivell “supra, que correspon a materials que observem en un medi determinat (paisatge, màquina, objecte…), macro, que correspon a les observacions fetes d’un material concret a ull nu o amb la lupa, i el nivell “micro”, que és el que correspon a com ens imaginem la matèria per dins (discontínua). Actualment també parlem del nivell “nano, entre el macro i el micro. Per poder explicar tant la composició d’un material com les seves propietats i canvis hem d’imaginar-nos com és aquest material per dins i, per tant, interrelacionar escales diverses.