Idees clau

Digna Couso

Neus Sanmartí

El model per a l’estudi dels fenòmens físics es treballa a tots els cicles.  De qualsevol fenomen físic que poguem analitzar aprofundim, de manera interrelacionada, en les idees següents:

ESTRUCTURA

Masses i càrregues puntuals

Objectes físic i idealitzats

L’estructura de les entitats dels fenòmens físics, que poden ser masses i càrregues puntuals, però que a la física escolar són generalment objectes reals idealitzats formats per combinacions de les dues, a escales petites i grans. Un cos a física és qualsevol objecte viu o inert del món, a qualsevol escala, que idealitzem fins quedar-nos amb allò necessari per explicar el canvi que volem interpretar. Així, per fer-ho en relació al canvi de posició d’un cotxe o a la caiguda d’un cos, n’hi ha prou amb considerar la massa i un punt del cos. Per explicar l’atracció d’un imant a un clau de ferro, però, necessito a més a més tenir en compte com de magnètics són els dos.

En què em fixo del cos per observar el canvi?

Què del cos canvia i què queda igual?

Com són els cossos que canvien així?…

CANVIS I PROCESSOS

Fonamentals: gravitatòria, electromagnètica…

Forces: fricció, tensió, normal…

Les interaccions que es donen, que en física escolar treballem només com a interaccions mecàniques o newtonianes, enteses normalment com a empentes o estirades que els cossos es fan els uns als altres per contacte i a distància. Així, incloem aquí la força gravitatòria sobre els objectes (el pes), però també la força que els fan les superfícies en estar en contacte (normal), la fricció en fregar amb altres cossos, la tensió que es transmet per cordes o altres objectes rígids, la força que fan els cossos elàstics en intentar tornar a la seva posició, l’atracció o repulsió magnètica, etc. 

Ens fixem en: Qui estira de qui? Què l’empeny?

Quin és el resultat d’estirar-lo? Quina propietat del cos fa que noti l’estirament?

Aquestes interaccions les podem tenir en compte o no per explicar, alternant així entre el MCE d’interaccions i el d’energies.

CONTROL-REGULACIÓ

Velocitats << C (velocitat de la llum)

Conservació de l’energia i augment de l’entropia en un sistema tancat

Conservació de la matèria en un sistema tancat

En els canvis físics també tenim sempre limitacions o principis que actuen com a controls o regulació. Alguns d’ells es compleixen en totes les formulacions o paradigmes de la física (com els principis de la termodinàmica). Aquests principis o regles del joc actuen limitant i regulant allò que pot passar en els fenòmens físics, és a dir, defineixen què és possible en cada paradigma.

A la física escolar, aquests fan referència a la conservació de l’energia i augment de l’entropia (del desordre), així com a les limitacions que nosaltres mateixos puguem imposar al sistema (per exemple, que sigui un canvi sostenible, ràpid, durador, segur, etc.).

Escala
Temps

Alhora, la forma de mirar de la física involucra diferents escales d’espai, temps i també velocitat... Tenim fenòmens de durades molt curtes (per exemple, el decaïment radioactiu) i de durades infinites (l’expansió de l’univers), que afecten a cossos enormes i als àtoms. Respecte al temps, la física privilegia una forma de mirar que dona valor a diferenciar les situacions estàtiques de les dinàmiques, on l’abans i el després generalment es relacionen amb el procés d’arribada a l’equilibri.

A la física escolar resulta molt fructífer aquest enorme rang escalar, que ens permet treballar igual amb una bala de metall que amb el Sol, i utilitzar uns com a model analògic dels altres.

Model per a explicar i interpretar fenòmens físics

Model per a explicar i interpretar fenòmens físics

Digna Couso

Julià Hinojosa

En aquest apartat es recull una proposta orientativa de programació al voltant de l’estudi dels fenòmens físics a l’etapa d’educació primària. És una proposta exhaustiva per tal que l’escola pugui decidir com distribueix els continguts al llarg dels cicles i cursos, i de manera que cada mestre pugui escollir els que treballa i a quin nivell d’aprofundiment en funció de l’etapa i de les característiques i interessos del seu alumnat. 

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.  

Model per interpretar sistemes materials

Model per interpretar sistemes materials

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

En aquest apartat es fa una proposta orientativa de programació al voltant de l’estudi dels “sistemes materials” a l’etapa d’infantil i primària. És exhaustiva per tal que l’escola pugui decidir com distribueix els continguts al llarg dels cicles i cursos, i de manera que cada mestre pugui escollir els que treballa i a quin nivell d’aprofundiment en funció de les característiques i interessos del seu alumnat

Descarregueu els continguts en format PDF

Cliqueu sobre la icona per a descarregar i/o imprimir els continguts d'aquest apartat en format PDF

Terratrèmols

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

Els terratrèmols també donen lloc a canvis sobtats en el paisatge. L’explicació científica és l'existència de diferents forces, degudes a la fricció i desplaçament dels materials que conformen les plaques tectòniques, provoquen la deformació d'aquests materials. Arriba un moment en què la tensió generada supera el límit de deformació del material, el qual es trenca, donant lloc a un alliberament sobtat d’energia. Aquesta energia es transfereix a través d’ones, que van comprimint i expandint les roques i que provoquen trencaments.

Idees per revisar

La principal dificultat és entendre que perquè s’origini un terratrèmol ha hagut de passar força temps durant el qual s’ha anat acumulant energia. Per tant, és un fenomen sobtat en quan a la seva manifestació, però lent en el seu origen.

Generalment els infants identifiquen sense problemes que un terratrèmol té alguna relació amb els volcans i expressen que  “la Terra tremola quan els volcans exploten”, “La lava està tan calenta que fa tremolar la Terra” o idees similars. Però per entendre les seves causes, exigeix comprendre el concepte de força i conèixer què passa quan s’exerceixen diferents forces sobre diferents materials.

"Bones preguntes" i activitats
Com pot ser que es trenquin les roques si són tant dures?

Aquesta pregunta ens ajuda a pensar que les roques, quan estan sotmeses a forces molt grans, de comprensió i d’expansió, es poden deformar i arribar-se a trencar, a l'igual que passa quan comprimim un guix o quan estirem una goma elàstica. Per tant serà important experimentar amb diferents materials i comprovar com es deformen i com s’arriben a trencar. També es pot comprovar com el punt per on es trenca una roca o un objecte (una goma elàstica, un espagueti...) no és el mateix que el lloc on s’exerceix la força.

Però, com és que al trencar-se es produeixen ones que fan tremolar altres parts de la Terra?

En un terratrèmol, les roques es trenquen a l’interior de la Terra (en el lloc que s’anomena hipocentre del terratrèmol). Al trencar-se es produeix un alliberament sobtat de l’energia que s’havia anat acumulant, en forma d’ones que empenyen (fan pressió) sobre les roques properes, i així successivament. És com quan, en una fila, una persona empeny a una altra i aquesta a la següent, fins que aquest moviment arriba a la darrera. En el cas d’un terratrèmol, arriba a la superfície de la Terra (o del mar) i el lloc més proper a l’hipocentre s’anomena epicentre. En el camí a la superfície de la Terra aquestes ones provoquen sacsejades brusques del terreny i més trencaments.

Pèndol de Newton
Reproducció a l'aula
Com és que uns terratrèmols fan molt mal i d’altres no tant?

Passant de la idea d’una escorça de la Terra contínua a una altra en la qual ens la imaginem formada per parts (plaques) que es mouen, xoquen, s’enfonsen una sota l’altra..., i que aquest moviment causa que en determinants llocs es donin les condicions de temperatura i pressió que originen la formació del magma. Els alumnes solen pensar, també, que només hi ha activitat volcànica a la superfície de la Terra però, en canvi, també n'hi ha sota el mar, i aquesta pot donar lloc a la formació d’illes.

Com és que es succeeixen a uns llocs i no d’altres

La resposta és similar a quan fem aquesta pregunta en relació als volcans. En el cas dels terratrèmols, els moviments de les plaques causen que es trenquin els materials. Els llocs on hi ha probabilitat que es trenquin són els mateixos on hi ha volcans i fonamentalment són els que hi ha contacte entre plaques, ja que el moviment és continu. Per tant, la idea que volcans i terratrèmols estan associats és adequada però no tant que els volcans són la causa dels terratrèmols.

Quina diferència hi ha entre un terratrèmol i un tsunami?

Un tsunami és la conseqüència quasi sempre d’un terratrèmol, però també ho pot ser de l’activitat volcànica submarina o d’un esllavissament submarí o fins i tot d’impactes de meteorits al mar. Per tal que un terratrèmol origini un tsumani, ha de ser de magnitud considerable el seu hipocentre ha de localitzar-se en el fons marí, per sota dels 6.000 metres. L’energia alliberada impulsa una columna d’aigua del mar verticalment, donant lloc a grans onades que poden arribar a la costa i provocar destrosses importants.

Volcans

Volcans
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

Els volcans donen lloc a canvis sobtats en el paisatge. Al llarg de la història, l’origen dels volcans s’ha explicat amb diferents teories que habitualment coincideixen amb explicacions que donen els infants. La visió científica actual no és intuïtiva i, per tant, requereix plantejar tot un procés de reconstrucció de les idees prèvies.

Idees per revisar

Tots els infants identifiquen sense problemes que un volcà expulsa lava, però creuen que  és un material que es crema fàcilment i que està a un dipòsit al centre de la Terra. Per això, les preguntes que és important ajudar a respondre poden ser les següents.

"Bones preguntes" i activitats
Què és la lava?

Passant de la idea de pensar que és una material que es crema fàcilment i que existeix a uns llocs concrets, a entendre-la com a roques foses o magma. Quan surt a la superfície en estat líquid en diem lava, però també hi ha altres productes volcànics.

On i com s'ha format la lava?

Passant de la idea que el magma és un material que està en un dipòsit central localitzat al centre de la Terra i que es va omplint degut a una combustió interna de materials diversos -idea que expressen habitualment els alumnes-, sinó que es forma en llocs concrets no lluny de la superfície de la terra, on hi ha unes condicions que promouen canvis en la temperatura i la pressió, i que són els que comporten que les roques es fonguin. En aquest sentit, cal que l'alumne posi en dubte la idea que un material dins de la Terra es pugui cremar, donat que és molt difícil que hi hagi oxigen perquè es pugui produir aquesta combustió. Aquesta idea, que també va ser compartida per científics abans del segle XIX, es va començar a posar en dubte quan en el camp de la química es va comprovar que perquè hi hagi una combustió es necessita oxigen.

D'on prové la calor?

Repensant la idea que tot el seu origen prové de la que hi havia a l’inici de la formació del planeta. Pot ser interessant reconèixer que quan ens freguem les mans notem que la temperatura augmenta. Lligada a aquesta última idea, una altra de les que cal transformar és que la fusió d'un material només depèn de la temperatura ja que aquesta depèn també de la pressió.

Com és que es troben a uns llocs i no d’altres?

Passant de la idea d’una escorça de la Terra contínua a una altra en la qual ens la imaginem formada per parts (plaques) que es mouen, xoquen, s’enfonsen una sota l’altra..., i que aquest moviment causa que en determinants llocs es donin les condicions de temperatura i pressió que originen la formació del magma. Els alumnes solen pensar, també, que només hi ha activitat volcànica a la superfície de la Terra però, en canvi, també n'hi ha sota el mar, i aquesta pot donar lloc a la formació d’illes.

Com és que surt a la superfície de la Terra?" o "què provoca les erupcions?

Passant de la idea simple que hi ha dipòsits permanents de magma al centre de la Terra i que a aquests només els cal trobar un camí, a conèixer que en determinats llocs de la litosfera, les roques es van fonent i alguns dels components s’evaporen, de manera que quan hi ha molts gasos, la pressió és molt alta i és aleshores quan el magma surt a l’exterior per diferents llocs de l’escorça (és com quan una crispeta explota a l’escalfar-la). Foto: CESIRE-CDEC. Simulació d´una explosió volcànica.

Canvis en el paisatge

Idees per treballar

La Terra que habitem és un planeta que canvia al llarg del temps. Canvien els materials que la formen i també  les espècies que hi viuen. Hi ha canvis ràpids i n’hi ha de lentíssims. Hi ha canvis radicals i d’altres de subtils. N’hi ha de previsibles i de sorprenents. Canvis devastadors i canvis que podem arribar a controlar.

Zona volcànica de La Garrotxa

Els éssers vius intenten aprofitar els canvis i provocar‐los, controlar‐los o evitar‐los d’acord als seus interessos. Els humans també, i la ciència ens ajuda a fer‐ho amb una gran eficàcia, que implica també una gran responsabilitat.

El model de canvi geològic és el que dóna més sentit a la Geologia, ja que n’engloba molts altres, que són casos concrets d’aquest canvi. Si l’alumnat és capaç de considerar que els materials terrestres s’originen i canvien constantment (encara que quasi sempre molt lentament), que hi ha canvi però també conservació i que la matèria segueix un cicle, que tot canvi requereix energia, que els canvis poden provocar un impacte en el medi, etc… estan aplicant el model de canvi geològic i això els permet explicar i predir un conjunt de fenòmens.

Idees clau del model de canvi geològic

(Adaptació de Pedrinaci, 2003)

Canvis deguts a processos externs
Canvis deguts a dinàmiques internes

La superfície de la Terra canvia contínuament. La dinàmica de canvi dels materials que formen la superfície de la terra, s’inicia amb la meteorització que els esmicola, continua amb l’erosió que els separa i finalment es transporten. L’energia que provoca aquests canvis prové inicialment del Sol i de l’energia potencial deguda a la força de la gravetat. Un dels productes generats en aquests processos és el sòl.

Processos externs de la Terra

Clica per saber-ne més

El sòl

Clica per saber-ne més

La Terra és un planeta actiu. Els terratrèmols i els volcans són les principals manifestacions d’aquesta activitat. L’explicació de la seva localització, distribució i origen es relaciona amb el fet que l’escorça és discontínua i a la energia interna de la Terra.  

Volcans

Clica per saber-ne més

Terratrèmols

Clica per saber-ne més

Plaques tectòniques

Clica per saber-ne més

Els materials que formen l’escorça i els seus canvis

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

Roques i minerals

L’escorça de la Terra està feta de roques i minerals. Les roques formen el sòl quan han estat sotmeses a processos de meteorització. Les roques i els minerals són materials i com a tals, es poden investigar des del model sistèmic de matèria. En aquest apartat aprofundirem en el coneixement d’aquests materials des de la mirada de la geologia, és a dir, en el seu origen, en els seus canvis al llarg del temps i en com fer-ne un ús sostenible.

Les roques són de fet els materials més comuns i abundants de la Terra. En alguns llocs, com a les muntanyes, als penya-segats o als marges de la carretera, les veiem clarament, però en d’altres estan amagades per aigua, pel sòl, per plantes, etc.

Els noms “roca” i “mineral” s’usen indiscriminadament per descriure tant roques com minerals i, de fet, la diferenciació entre l’un i l’altre a vegades és complexa. Un mineral es defineix com una substància pura, sòlida, que té una estructura interna ordenada –cristal·lina- i que s’ha format com a resultat de processos geològics. Per exemple, una pedra preciosa com l’òpal no es considera un mineral perquè no té una estructura cristal·lina.

Les roques es defineixen d’una manera menys precisa. Es considera una roca a qualsevol massa sòlida constituïda normalment per un o més minerals, tot i que n’hi ha que estan compostes de matèria no mineral, com per exemple l’obsidiana, que és una roca volcànica formada per una substància vítria no cristal·lina, o el carbó, roca formada per restes orgàniques. Són materials sovint durs i consistents, però no totes les roques són grans, ni dures, ja que el que les caracteritza és el material que les conforma. Per exemple, el petroli és una roca líquida, l’argila és una roca fàcilment emmotllable i el sauló és una roca no compacta.

El cicle de les roques

Totes les roques que formen el planeta Terra tenen un origen inicial igni (també es diu magmàtic) ja que quan el planeta es va formar al voltant del Sistema Solar, fa milions d’anys, les temperatures eren molt elevades i les substàncies es trobaven en un estat fos o semifós, com un magma. En refredar-se, aquest va donar lloc a les roques ígnies, les quals s’han anat transformant al llarg del temps, malgrat que els materials que les formen són els mateixos.

Les roques ígnies són les que resulten de la solidificació del magma, les roques sedimentàries s’originen a partir de processos que tenen lloc a la superfície de la Terra (meteorització, erosió, transport, sedimentació i cimentació o compactació), i les roques metamòrfiques (terme que etimològicament significa canvi de forma) són les produïdes per la modificació física o química de roques sedimentàries, ígnies o d’altres metamòrfiques preexistents, en unes condicions de pressió i temperatura que possibiliten que aquestes no arribin a fondre’s. Tots aquests canvis requereixen molt de temps.

Tot i la diversitat de roques existent, aquestes s’agrupen en tres grans grups segons els processos pels quals han passat: el de les ígnies, el de les sedimentàries i el de les metamòrfiques. Els processos impulsats per la calor interna de la terra són els responsables de la formació de les roques ígnies i metamòrfiques, mentre que els impulsats per l’energia procedent del Sol i de la gravetat produeixen els sediments a partir del qual es formen les roques sedimentàries.

El cicle de les roques és un dels molts cicles del sistema Terra en el què la matèria canvia però es  conserva (es recicla), i permet comprendre l’origen dels tres tipus de roques bàsics i la funció dels diferents processos geològics que intervenen en la transformació d’un tipus en un altre.

Idees per revisar

L’alumnat no reconeix les roques com al material del qual està formada lescorça terrestre, sinó que pensa que són només els fragments rocosos irregulars, que els més petits en diuen pedres

També creuen que són objectes permanents, fixes, que sempre han estat en el mateix lloc i per tant no tenen un origen ni han canviat. Per descriure una roca es refereixen a característiques relacionades amb la forma, color, grandària o rugositat (si és llisa, consideren que ja no es tracta d’una roca) i sovint no es fixen en la seva composició (si són homogènies o heterogènies, si tenen cristalls que brillen, etc.).

Una altra dificultat per a l’aprenentatge és que, tot i poder observar els diferents tipus de roques, se’ns presenta impossible veure i comprendre els processos que han possibilitat la seva formació, degut a la seva lentitud i complexitat. Per exemple, els efectes de l’erosió deguts a la circulació de l’aigua solen ser identificats, però no els efectes a causa de la seva congelació, ja que als alumnes els costa imaginar que l’aigua s’expandeix quan es congela. 

Tampoc no solen veure cap relació entre el fet que les roques es trenquen i la formació dels sòls o de la sorra de la platja. En alguns casos interpreten la formació de còdols a partir d’un model  d’acreció (i per tant, pensen que els còdols amb el pas del temps es fan grans) enlloc de considerar un model d’erosió. També acostumen a pensar que si una roca es troba en un riu ha de tenir necessàriament un origen sedimentari.

Existeix un altre tipus de dificultat d’origen lingüístic en el moment que relacionen el terme metamòrfica” amb la metamorfosi d’alguns animals i els porta a creure que és un canvi similar al dels éssers vius. En general, en edats primerenques es pot entendre més la formació de les roques sedimentàries, ja que els processos de meteorització, erosió, transport i compactació es poden simular fàcilment al laboratori, mentre que en el cas d’altres tipus de roques és més difícil d’imaginar i comprendre els processos que tenen lloc.

Els alumnes no tenen consciència que la major part dels objectes d’ús quotidià estan formats per roques o minerals. També acostumen a considerar que un mineral dur no pot ser fràgil, quan realment són dues propietats diferents. Per exemple, el diamant és el mineral més dur i també és molt fràgil. 

Cada mineral té unes propietats que el diferencien d’altres i possibiliten identificar-los. Les més significatives des del punt de vista de la geologia són la duresa, la forma en que cristal·litzen i el color de la ratlla, propietats que entre d’altres condicionen els seus usos. Per tant, aprendre sobre els minerals comporta utilitzar un vocabulari nou (verbs i adjectius) a partir tant de l’observació directa o de la manipulació, com ratllar-los, fer ratlles amb ells, trencar-los o fer d’altres accions.

Finalment, cal tenir en compte la dificultat d’imaginar-se el temps geològic. Els infants poden parlar del temps necessari perquè es formi una roca dient: “des de fa molt de temps”, “des de fa alguns anys” o “des de fa un any o menys”, però alhora, majoritàriament pensen que totes les roques existeixen des de l’origen de la Terra.

"Bones preguntes"

Sovint es té la tendència a iniciar els aprenentatges sobre les roques classificant-les, quan el més important és realment preguntar-nos sobre l’origen. Només després d’haver pensat que totes les roques tenen un origen té sentit classificar-les.

Algunes preguntes que poden ajudar a construir coneixements sobre les roques i minerals són:

En relació a la seva estructura, per descriure els seus components i les seves propietats

Com podem saber si una “pedra” que observem és una roca o un mineral?

És homogènia o heterogènia? Observem que té “grans” (i seria sedimentària) o cris-talls (seria ígnia o meta-mòrfica)? Quina utilitat tenen les roques i els minerals? Encarregaríeu un anell amb un perfecte cristall de sal? Fabricaríeu un martell amb un diamant? Com és que fem servir el guix per escriure a la pissarra i, en canvi, un llapis per escriure sobre el paper? Com és que els productes de neteja acos-tumen a tenir calcita en la seva composició? (la calcita és en general més dura que la brutícia i, en canvi, menys que els materials dels que estan fets els plats i les olles)...

En relació als canvis, per explicar-los

D’on han “sortit” totes aquestes roques?

Pot una roca transformar-se en una altra de diferent? Què ens pot explicar una roca del seu origen? Tenen edat les roques? Com es pot saber?

En relació al control-regulació dels canvis, per interpretar-los

Poden considerar-se que les roques són un recurs il·limitat, que mai s’acabarà?

Quantes roques consumim i en què? Quines marques deixa en el paisatge l’extracció de minerals i roques?. Imatge: Lithica, Pedrera de marès a Ciutadella, Menorca.

La hidrosfera

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

La hidrosfera es el sistema material constituït per l’aigua que es troba a la Terra. Inclou els oceans, mars, rius, llacs, aigua subterrània, el gel, la neu i l’aigua atmosfèrica. L’aigua migra d’aquests dipòsits a uns altres per processos de canvi d’estat i de transport que en conjunt configuren el cicle hidrològic  o cicle de l’aigua.

El model de cicle de l’aigua ens serveix per explicar tots els fenòmens de circulació de l’aigua natural i artificial. Des del punt de vist geològic, l’aigua és un important agent de canvi i és necessari entendre on la podem trobar, com ha arribat al lloc on és, com va d’un lloc a un altre, quins canvis provoca en el medi el seu moviment, quina energia els genera, etc… Des del punt de vista mediambiental, el cicle de l’aigua és un model clau relacionat amb un dels Objectius de Desenvolupament Sostenible: garantir aigua potable a tota la població mundial i a la resta d’éssers vius que la necessiten.

El cicle de l’aigua a la natura, des de la perspectiva científica, és un model de com circula  l’aigua,  i  estudiar-lo  (mirar-lo)  com un sistema  comporta pensar en  que  hi  ha  una estructura i components, és a dir, en localitzacions  o  magatzems  d’aigua  a  la  natura  (atmosfera, oceans,  glaceres…)  i  en els  diferents  estats  físics  en  què  la trobem. En el seu marc es produeixen uns canvis, interaccions que es concreten en els fluxos  o processos que s’estableixen quan l’aigua canvia d’estat o de lloc (circulació superficial, subterrània, evaporació…). I el funcionament general del sistema, esta regulat per mecanismes de control-regulació que cal conèixer per identificar factors que comporten impactes i riscos i per fonamentar actuacions sostenibles de l’aigua.

En el cas del cicle d’aigua urbà canvien part dels magatzems, dels processos i les formes que comporten controlar i regular el seu funcionament. La diferència més important és que en el cas del cicle natural, l’energia necessària per al funcionament del cicle prové de fonts primàries, mentre que en el cas del cicle urbà ens cal disposar d’altres fonts. 

Idees clau del cicle de l'aigua natural
Idees clau del cicle de l'aigua urbà
Idees per revisar
"Bones preguntes" i activitats

Una idea que s’ha de revisar és ajudar a tenir present l’existència de les aigües subterrànies i el seu paper en el cicle de l’aigua. És un dipòsit d’aigua que molt sovint tampoc es representa als llibres i que quan es fa, es dibuixa com si fos un llac o un riu subterrani, sense representar la idea d’aqüífer (roques permeables o materials sense consolidar com graves o sorres), saturades d’aigua.  També és difícil d’imaginar com hi entra l’aigua (per infiltració), com hi circula (subterrània) i com en surt a la superfície (pous, fonts naturals, surgència…).

On hi ha aigua? Quins magatzems d'aigua coneixeu? Quins són naturals? Quins són artificials?

Representació molt simple: no hi evaporació i no es tanca el cicle. ​ Font: Conxita Márquez. IES Vilanova del Camí

En quin estat està l'aigua en cada un d'aquests magatzems?

Representació més complexa, però no es saben connectar les aigües subterrànies amb el cicle. Font: Conxita Márquez. IES Vilanova del Camí

Una de les dificultats més importants de l’alumnat relacionades amb l’aprenentatge del cicle de l’aigua és tenir en compte l’aigua atmosfèrica, diferenciant el vapor d’aigua –gas-, que no es veu, de les gotes líquides d’aigua que formen els núvols i la boira i que són resultats de processos de condensació. De tots els canvis, el més difícil de conceptualitzar és el de la condensació, que comporta que el vapor d’aigua, quan entra en contacte amb una massa d’aire més freda, transfereix energia a l’entorn (en “perd”) i al refredar-se, canvia d’estat (passa a ser aigua líquida o sòlida).

Quins processos fan passar l'aigua d'uns magatzems a uns altres? En quines condicions passen aquests processos?

Són de gran ajuda les hidrorepresentacions, on els alumnes simulen la posició i el moviment de les partícules d’aigua en els diferents estats o en diferents condicions de temperatura. Imatge: Hidrorepresentació de l'aigua en estat sòlid. Teresa Pigrau.

Hidrorepresentació de l’aigua en estat sòlid, líquid i gas. Font: Teresa Pigrau. Escola Coves d’en Cimany

Pel que fa al cicle de l’aigua a la ciutat, serà important tenir en compte els tres processos bàsics: abastament, sanejament i reutilització.

 

Les dificultats més importants es centren en diferenciar entre el procés de potabilització i el de depuració. I en aquest cas, normalment es pensa més en com entra l’aigua a les cases, però no tant en la sortida i, encara menys, en la necessitat de depurar-les.  

Quins processos netegen l'aigua?

Recurs de l'Àrea Metropolitana de Barcelona. Cliqueu sobre la imatge

Què posa en marxa el cicle de l'aigua? Com entra i surt l'aigua de casa teva?

Representació del cicle urbà de l’aigua que fa referència a la potabilització de l’aigua però no a la seva depuració (no tanca el cicle). Font: Alba Castelltort. Escola La Mar Bella

Finalment, una altra idea important és la de que la quantitat d’aigua en el Sistema Terra es conserva però no la seva qualitat. Per tant quan diem que no s’ha de malgastar l’aigua no es relaciona tant amb el fet de que es podria acabar, com amb poder-ne disposar amb la suficient qualitat pel bon funcionament dels sistemes vius. La natura té mecanismes per a la depuració de l’aigua fins a uns límits de contaminació. Quan es sobrepassen aquests límits, netejar aigua o dessalinitzar la del mar requereix un alt consum d’energia per fer aquest treball.

Per què tenim problemes d'aigua si aquesta circula?

Com ens expliquem que l'aigua sigui un bé escàs si la quantitat global es conserva? Com podem conservar els recursos hídrics?. Imatge: Àrea Metropolitana de Barcelona.

Per veure més propostes didàctiques i bones preguntes sobre el CICLE DE L’AIGUA (des de la perspectiva dels sistemes materials), cliqueu aquí

La geosfera: estructura de la Terra

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

La part més externa de la geosfera és l’escorça, la capa més prima i formada de roques, sediments i sòl. Sota l’escorça hi ha el mantell, una capa extensa i on les roques estan sotmeses a pressions i temperatures mot elevades, les quals en determinats llocs es troben en un estat semifos. Finalment, el nucli és la part més interna formada principalment per ferro.

Des de la seva formació, la Terra és un cos que es va refredant, però el seu nucli es manté calent. En disminuir la temperatura, els materials es solidifiquen i es distribueixen en funció de la seva densitat: els més densos (que contenen ferro i altres metalls) es situen més a prop del nucli, i els menys densos, a la superfície.

Idees per revisar

Normalment si es demana a l’alumnat que representin l’interior de la Terra ho fa amb capes concèntriques, intentant reproduir el que ha vist o recorda dels llibres de text, tot i que la quantitat, les dimensions i l’estat físic d’aquestes capes són molt variables i no es corresponen amb les mides i distribució reals. Els nens i les nenes poden dibuixar una escorça molt gruixuda, en relació al nucli que el fan molt petit, i també solen representar una gran part dels materials fosos. 

A vegades també situen una gran capa d’aigua, tot i que habitualment no pensen en l’aigua que hi ha a la geosfera.

"Bones preguntes" i activitats

Representació feta per alumnat de primària.

Representació feta per alumnat d'ESO. Es pot observar que els canvis (entre la representació a primària o a ESO) no són significatius.

Què creus que hi trobaries si poguessis fer un forat que anés des de sota del pati de l’escola fins al centre de la Terra?

Si es planteja una pregunta oberta com aquesta, permet que expressin de manera no estereotipada el seu model inicial. Serà a partir d’aquest model que podrem incidir que revisin els seus errors i que el completin.​

Com es van formar les capes de la Terra?

Una experiència interessant per visualitzar-ho està descrita a l’article: Pedrinaci, E. (1994). El proceso de diferenciación en capas de nuesro planeta. Construcción de un modelo sencillo. Alambique. Didactica de las Ciencias Experimentales, nº 1, 139-141. Cliqueu sobre la imatge per llegir-lo.

Els materials més densos suren més o menys?

Els nens i nenes omplen ous ‘kinder’ o pots petits amb diferents materials, els pesen per comprovar que tenen diferent massa tot i el mateix volum, i els posen a una cubeta plena d’aigua per observar que uns suren i d’altres s’enfonsen. Font: Escola Tànit. Santa Coloma de Gramanet.