Scienze naturali: traguardi di competenza
I traguardi di competenza esprimono degli intenti didattici inscritti in un orizzonte applicativo vasto e a lunga gittata, che si sviluppano generalmente su più anni attraverso l’integrazione di diverse situazioni, esperienze e contesti di apprendimento.
Gli elementi costitutivi dei traguardi di competenza sono gli ambiti di competenza e i processi chiave, i quali esprimono rispettivamente la declinazione delle idee chiave e le abilità metodologiche in riferimento ai contesti d’esperienza.
Nel complesso sono proposti due traguardi globali che servono ad analizzare il funzionamento, le potenzialità e i limiti delle scienze naturali, nonché a promuovere un’educazione alla sostenibilità, al benessere della persona, degli esseri viventi e dell’ambiente, seguiti da dodici traguardi di competenza disciplinari che promuovono la cultura scientifica.
Lo sviluppo dei traguardi di competenza in traguardi specifici di apprendimento è effettuato mettendo a fuoco le dimensioni di conoscenze e abilità più specifiche in un’attività temporalmente circoscritta.
Traguardi di competenza
Conoscenze
- I criteri utili a discriminare le conoscenze scientifiche da quelle non scientifiche
- Le caratteristiche e i limiti del processo scientifico
- Il metodo scientifico nella sua pluralità di approcci
- Il ragionamento induttivo e deduttivo nel metodo sperimentale
- Il dubbio, l’immaginazione e il consenso nel processo scientifico
- La differenza tra modelli e realtà
- Le scoperte scientifiche come prodotto dell’attività umana
- I modelli scientifici tra adattamenti e rivoluzioni (punti di discontinuità)
- Grandi personalità e vicende storiche della scienza e della tecnica
- L’etica nel processo di ricerca scientifico e nelle sue applicazioni tecnologiche
- Il significato e le ricadute culturali e sociali delle scienze naturali e della tecnica
Abilità
- Esplorare e indagare
- Descrivere attraverso delle situazioni concrete e degli esempi le caratteristiche che definiscono il processo scientifico e la natura delle conoscenze che genera
- Valutare e giudicare
- Distinguere i fatti dalle interpretazioni e opinioni
- Argomentare e motivare idee, fatti e fenomeni scientificamente rilevanti sulla base di opportune evidenze
Globali
Conoscenze
- La cellula come unità fondamentale dei viventi e la vita in termini di interazione con l’ambiente, capacità di adattamento, riproduzione e trasmissione dell’informazione genetica
- La vita come mantenimento (omeostasi) e creazione di “differenze”, la morte in termini di transizione verso una situazione di equilibrio
- Distinzione e classificazione degli esseri viventi nei principali gruppi tassonomici
- Differenze e similitudini negli schemi morfo-fisiologici su diverse scale (cellula, tessuto, organi, sistema, organismo, …), nei cicli vitali degli esseri viventi e nei loro bisogni
- Differenze e similitudini delle condizioni di vita in diversi livelli di organizzazione ambientale (ecosistema, bioma, pianeta)
Abilità
- Esplorare e indagare
- Descrivere gli esseri viventi e gli ecosistemi attraverso dei criteri e delle proprietà, utilizzando strumenti appropriati (strumenti ottici, chiavi dicotomiche ecc.)
- Strutturare e modellizzare
- Individuare e utilizzare dei criteri per confrontare e classificare i sistemi biologici e le loro caratteristiche
Invarianti e schemi ricorrenti
Conoscenze
- Strutture analoghe e omologhe negli esseri viventi
- Adattamenti biologici su diverse scale (cellula, tessuto, organi, sistema,
organismo) - Relazione tra strutture genetiche (geni, cromosomi) e manifestazioni
fenotipiche - La relazione tra la struttura di alcune molecole biologiche (ormoni e
anticorpi) e le relative proprietà (modello chiave-serratura)
Abilità
- Esplorare e indagare
- Osservare e descrivere le strutture e le funzioni di esseri viventi attraverso dei criteri
- Strutturare e modellizzare
- Confrontare le possibili relazioni tra strutture e funzioni negli esseri viventi
Struttura e funzione
Conoscenze
- Scambi di energia e materia tra gli ecosistemi e ruolo degli esseri viventi in termini di produttori, consumatori e decompositori (processi di fotosintesi e respirazione cellulare)
- Caratteristiche chimico-fisiche utili a descrivere un ambiente
- Relazioni biotiche in popolazioni e comunità biologiche e interazione con la componente abiotica
- Meccanismi di controllo e regolazione negli ecosistemi e negli esseri viventi
- Relazione tra i sistemi, organi, tessuti e le cellule del corpo umano
- Scambi di energia, materia e informazione (sensoriale e genetica) attraverso gli esseri viventi (tra cui l’essere umano)
Abilità
- Esplorare e indagare
- Indagare i sistemi biologici attraverso osservazioni, misurazioni ed esperimenti laboratoriali e sul campo
- Raccogliere e rappresentare informazioni e dati
- Utilizzare molteplici forme di rappresentazione (es.: mappe concettuali, schemi, diagrammi di flusso ecc.) per descrivere l’organizzazione dei viventi e degli ecosistemi e le loro relazioni.
- Strutturare e modellizzare
- Mettere in relazione osservazioni, dati sperimentali e informazioni per modellizzare i sistemi biologici in termini di scambi, relazioni e meccanismi di controllo.
Sistema scambi interdipendenze e controllo
Conoscenze
- La selezione e la variabilità genetica come “spinte” per l’evoluzione degli esseri viventi su scale temporali differenti (micro- e macroevoluzione)
- La dinamica degli ecosistemi in termini di “spinte” che producono
cambiamenti nelle comunità e negli ambienti - Le “spinte” responsabili dei processi fisiologici e metabolici negli esseri
viventi (tra cui l’essere umano)
Abilità
- Esplorare e indagare
- Indagare la causalità dei fenomeni biologici attraverso esperimenti controllati
- Strutturare e modellizzare
- Riconoscere, attraverso delle evidenze empiriche (dati, osservazioni, confronti ecc.) l’idea di “spinta” nei processi biologici
Spinta al cambiamento
Conoscenze
- Il principio della sostenibilità̀ nell’ambito delle risorse naturali, della salute e delle attività umane
- Il principio della salute e del benessere fisico, emotivo, mentale e sociale in relazione ai diritti fondamentali, all’autodeterminazione, al rispetto di sé e dell’altro
Abilità
- Valutare e giudicare
- Distinguere i fatti dalle interpretazioni e opinioni
- Argomentare le proprie rappresentazioni personali o altrui sulla base di evidenze sperimentali o di fonti bibliografiche
- Comunicare ed elaborare
- Sviluppare delle idee, dei punti di vista, delle visioni per un’assunzione di responsabilità̀ personale e interpersonale, nel rispetto dei diritti umani e della conservazione delle risorse naturali
Globali
Conoscenze
- L’atomo come unità fondamentale della materia
- Distinzione e classificazione della materia in base alla sua composizione, alle sue caratteristiche chimico-fisiche, agli stati d’aggregazione, alla pericolosità delle sostanze e al loro smaltimento
- Distinzione tra processi spontanei e non spontanei
- Organizzazione della tavola periodica degli elementi (numero atomico e reattività chimica)
- Distinzione delle trasformazioni fisiche, chimiche, nucleari in termini di ciò che cambia e ciò che rimane immutato dal punto di vista della struttura della materia e delle proprietà (massa, rapporti di combinazione tra reagenti ecc.)
- Distinzione e classificazione delle reazioni chimiche (Redox e acido-base)
Abilità
- Esplorare e indagare
- Descrivere la materia e le trasformazioni attraverso dei criteri, delle proprietà macroscopiche (massa, volume, temperatura, conducibilità elettrica, ecc.) utilizzando strumenti appropriati (indicatori, microscopio, saggi ecc.)
- Strutturare e modellizzare
- Individuare e utilizzare dei criteri per confrontare e classificare la materia e le sue trasformazioni
Invarianti e schemi ricorrenti
Conoscenze
- La relazione tra le caratteristiche chimico-fisiche di alcune sostanze e di
alcuni materiali conosciuti e la loro funzione in alcuni applicativi tecnici
Abilità
- Esplorare e indagare
- Prevedere i potenziali utilizzi di alcune sostanze e di alcuni materiali conosciuti in base alle loro caratteristiche chimico-fisiche
Struttura e funzione
Conoscenze
- La trasformazione delle sostanze come processo che comporta il cambiamento delle proprietà fisiche e chimiche delle stesse
- La reazione chimica come processo di formazione di nuove sostanze
- I flussi di energia nelle trasformazioni della materia
Abilità
- Esplorare e indagare
- Indagare la materia e le sue trasformazioni attraverso osservazioni, misurazioni ed esperienze laboratoriali
- Raccogliere e rappresentare informazioni e dati
- Utilizzare molteplici forme di rappresentazione per descrivere l’organizzazione della materia e delle sue trasformazioni
- Strutturare e modellizzare
- Mettere in relazione osservazioni, dati sperimentali e informazioni per caratterizzare i processi osservati in termini di trasformazioni della materia e scambi di energia
Sistema scambi interdipendenze e controllo
Conoscenze
- La “spinta” al cambiamento è determinata dalla natura delle
sostanze coinvolte e, tra le altre cose, dalla loro concentrazione - La rapidità della trasformazione dipende dalla temperatura, dalla
superficie di contatto e dai catalizzatori
Abilità
- Esplorare e indagare
- Indagare la causalità dei fenomeni di trasformazione delle sostanze attraverso esperimenti controllati
- Strutturare e modellizzare
- Riconoscere, attraverso delle evidenze empiriche (dati, osservazioni, confronti ecc.) l’idea di spinta e resistenza nelle trasformazioni
Spinta al cambiamento
Conoscenze
- L’energia nell’unità delle sue proprietà e nella diversità delle sue manifestazioni
- La descrizione fenomenologica dei processi di tipo conduttivo nell’ambito meccanico, elettrico e termico attraverso specifiche coppie di grandezze primarie, una intensiva e una estensiva
- La carica elettrica, la quantità di moto e l’energia quali quantità conservate (non si producono e non si distruggono), l’entropia come quantità non conservata (può essere prodotta, ma non può mai essere distrutta)
- La condizione di disequilibrio e di equilibrio nei processi meccanici, elettrici e termici in relazione alle grandezze intensive
- I processi reversibili (sistemi ideali) e quelli irreversibili (sistemi reali) in termini di spinte che creano altre spinte e di produzione di entropia
- Distinzione tra le modalità di trasporto dell’energia in termini di conduzione, convezione e irraggiamento
- Distinzione tra energia e potenza energetica
- Analogie e differenze qualitative tra fenomeni ottici e acustici
- La quantità di moto e la forza nel principio di azione-reazione
Abilità
- Esplorare e indagare
- Descrivere i diversi processi attraverso l’osservazione di caratteristiche macroscopiche e la misurazione di grandezze fisiche
- Strutturare e modellizzare
- Comparare i modelli esplicativi dei diversi processi per individuare schemi ricorrenti e proprietà invarianti
Invarianti e schemi ricorrenti
Conoscenze
- Le relazioni tra le caratteristiche strutturali, costruttive e funzionali di
alcune applicazioni tecniche - La relazione tra i materiali e le relative funzioni isolanti e conduttive nei
processi termici - La relazione strutturale e funzionale nelle macchine semplici
- La relazione tra la struttura dei circuiti elettrici e il relativo funzionamento
Abilità
- Esplorare e indagare
- Indagare alcuni semplici applicativi tecnologici e alcuni dispositivi termici, meccanici ed elettrici attraverso osservazioni, misurazioni ed esperienze laboratoriali
- Strutturare e modellizzare
- Riconoscere la relazione tra struttura e funzione negli applicativi tecnologici e i dispositivi termici, meccanici ed elettrici
Struttura e funzione
Conoscenze
- La variazione di una quantità (grandezza estensiva) all’interno di un
sistema attraverso gli scambi con l’ambiente (ed eventualmente
produzioni al suo interno) - La quantificazione di una grandezza estensiva in funzione della grandezza intensiva coniugata e della capacità del sistema
- L’energia quale principio regolatore per coppie di processi
- Alcune applicazioni tecnologiche (es.: termostato, fotocellula) come forme di controllo nei processi fisici
Abilità
- Esplorare e indagare
- Indagare i processi attraverso osservazioni, misurazioni ed esperienze laboratoriali
- Raccogliere e rappresentare informazioni e dati
- Utilizzare i diagrammi di flusso e di processo per descrivere i fenomeni
- Strutturare e modellizzare
- Mettere in relazione osservazioni, dati sperimentali e informazioni per modellizzare i processi in termini di “spinta”, flusso e “resistenza”.
Sistema scambi interdipendenze e controllo
Conoscenze
- La differenza in una grandezza intensiva (potenziale) interpretata come “spinta” per il trasferimento di una quantità (grandezza estensiva
coniugata) associata ad un flusso di energia - La differenza in una grandezza intensiva genera idealmente un’altra
differenza in una grandezza intensiva (una “spinta” può generare un’altra “spinta”) - La “resistenza” nei fenomeni termici, meccanici ed elettrici
- L’intensità di corrente di una grandezza estensiva come rapporto tra una differenza in una grandezza intensiva e una resistenza
Abilità
- Esplorare e indagare
- Indagare la causalità dei processi termici, meccanici ed elettrici attraverso esperimenti controllati
- Strutturare e modellizzare
- Riconoscere, attraverso delle evidenze empiriche (dati, osservazioni, confronti,…) l’idea di “spinta” e “resistenza” nei processi termici, meccanici ed elettrici