Temperatura e posizione apparente del Sole

Una attività didattica per introdurre il concetto di misura e iniziare a osservare il Sole e i fenomeni celesti

Aggiornato il 21 Novembre 2023

L’obiettivo di questa attività didattica proposta da INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, è quello di introdurre ai concetti di misura e di strumento di misura. L’attività vuole inoltre far comprendere come fenomeni diversi tra loro, come altezza apparente del Sole e sensazione di calore, possano essere legati tra loro. L’attività vuole anche introdurre l’osservazione metodica e sistematica dei fenomeni celesti collegando l’altezza del Sole alla temperatura in diversi momenti del giorno e dell’anno, nel tentativo di comprendere la realtà circostante.
Questa attività può essere collegata a una attività propedeutica “Sensazione di calore“.

Descrizione breve

Ogni alunno registra per almeno quattro volte durante una giornata serena la posizione del Sole rispetto all’orizzonte, la sensazione di calore percepita e il dato numerico fornito dal termometro. I dati così raccolti vengono arrangiati in forma di tabella che viene poi discussa collettivamente; durante la discussione deve emergere la necessità di dare una rappresentazione grafica.

Obiettivi

In seguito allo svolgimento dell’attività gli alunni avranno acquisito il concetto di misura oggettiva, uguale per tutti, e di strumento che effettua questa misura in modo slegato dalle sensazioni di ciascuno. Avranno imparato a legare una sensazione soggettiva e il numero restituito da uno strumento. In particolare avranno appreso l’uso del termometro ed avranno imparato a leggere la scala graduata.
Inoltre si vuole far comprendere come fenomeni diversi sono legati tra loro, per esempio altezza apparente del Sole, percezione della sensazione di calore e risultato della misura fornito dallo strumento termometro.
Se l’attività viene ripetuta 1 volta al mese, la ripetizione ha lo scopo di introdurre all’osservazione metodica e sistematica dei fenomeni celesti nel tentativo di comprendere la realtà circostante. In questo modo:

i bambini/e acquisiscono la consapevolezza della diversa posizione occupata dal Sole durante la giornata e in giornate diverse nell’arco dell’anno,
correlando a questo spostamento le variazioni di temperatura.

àˆ una attività di osservazione, correlazione di misure diverse, stesura e lettura di grafici di vario tipo ciascuno dei quali evidenzia caratteristiche diverse di uno stesso fenomeno.
In seguito allo svolgimento dell’attività gli alunni sapranno confrontare l’altezza del Sole sull’orizzonte in giorni diversi durante l’anno, correlando la misura della temperatura effettuata negli stessi giorni; avranno acquisito il concetto che il Sole non sorge sempre nello stesso punto e sembra disegnare in cielo archi diversi in giorni diversi. Infine gli alunni avranno acquisito familiarità con il concetto di ipotesi scientifica, essendo stati spinti a formulare loro originali proposte da mettere a verifica nel tempo.

Valutazione

La valutazione sulle abilità acquisite dagli alunni e le modalità di conduzione sono verificabili attraverso un esercizio di utilizzo dello strumento termometro, che permette anche di far sorgere interrogativi da affrontare in momenti successivi. Ogni bambino riempie un contenitore di vetro trasparente di liquidi di colori diversi (acqua con inchiostri e coloranti opportuni). Si misura la temperatura all’inizio dell’esperienza; si trasportano i recipienti al Sole e si lasciano esposti per un tempo a piacere stabilito in precedenza. Si misura ancora la temperatura. Ripetere l’esperienza più volte lasciando i contenitori al Sole per tempi più lunghi. Ogni bambino deve scegliere la modalità di raccolta dei dati della propria esperienza. L’insegnante deve osservare i bambini mentre eseguono e registrano le misure. I bambini lavorano a gruppi e le tabelle che debbono compilare sono redatte dal gruppo, così come viene condotta la discussione e l’elaborazione successiva tanto in tabella quanto in forma di grafico. àˆ importante che vengano lasciati liberi di scegliere la forma di rappresentazione che preferiscono.
Lo svolgimento della discussione ad ogni passo, la produzione del grafico con l’estrapolazione del percorso apparente del Sole e le conclusioni del confronto tra i grafici sono misure tanto della buona conduzione dell’attività quanto dell’efficacia dell’azione didattica intrapresa. Per una verifica formale si veda la proposta di scheda allegata.

Materiali

Fogli di acetato o carta da lucido,
almeno un termometro a colonna,
fogli a quadretti lato 1 cm,
eventualmente un pennarello da vetro.

Protezioni adeguate per osservare il Sole:

occhiali in mylar specifici (reperibili nei negozi di ottica) oppure vetri da saldatore graduati n°14 (reperibili in ferramenta).

Prerequisiti

àˆ bene che siano state chiarite e discusse le differenze di percezione soggettiva in presenza dello stesso stimolo, p. es. la sensazione di calore provata sulla pelle esposta direttamente al Sole.

Descrizione completa

Discussione preliminare

àˆ importante preparare l’esperienza stabilendo un linguaggio condiviso per registrare le sensazioni di calore, e quindi redigere una scala di aggettivi in ordine (de)crescente di temperatura. In secondo luogo è necessario presentare lo strumento termometro e in particolare la graduazione della scala. In particolare si faccia notare l’esistenza di un livello di riferimento chiamato “zero” e spiegare che corrisponde alla temperatura alla quale il ghiaccio si fonde.

Svolgimento

predisporre il luogo di osservazione: ricoprire il vetro di una finestra esposta al Sole con fogli di lucido o acetato o carta velina precedentemente quadrettati con 1 cm di lato. se possibile quadrettare direttamente il vetro. Questa quadrettatura serve a stabilire la posizione dei singoli fogli trasparenti su cui disegna ciascun bambino onde posizionarli sempre allo stesso modo;
ogni bambino ha un foglio A4 di acetato o lucido quadrettato; appoggiatolo sulla finestra disegna, ricalcando in trasparenza, la linea dell’orizzonte che vede di fronte a sè e la posizione del Sole; IL TUTTO CON LE OPPORTUNE PROTEZIONI.
Acquisire disegno, impressioni soggettive registrate per mezzo di aggettivi e lettura del termometro per almeno quattro volte durante una giornata limpida. Si veda il file allegato. La sensazione di calore va registrata con una serie di aggettivi precedentemente discussa ed adottata collettivamente.
Acquisite le (almeno) quattro serie di dati per ciascun allievo/a, si confrontino per redigere una sola tabella sintetica che riporti le ore di osservazione, l’aggettivo relativo alle sensazioni provate e il dato numerico della lettura del termometro (vedi la tabella di discussione senza l’ultima colonna).
Dalla lettura collettiva della tabella emerge la necessità di rappresentare i dati in un grafico ponendo in ascissa le ore alle quali sono state effettuate le esperienze ed in ordinata la temperatura indicata dal termometro. Osservando questo grafico si vede come la temperatura sia variata nel tempo;
resta da esaminare la variazione dell’altezza del Sole nel tempo, e poi discutere il legame con la variazione di temperatura. Ma come si fa a misurare l’altezza del Sole sull’orizzonte disegnato da ciascuno sul proprio foglio di acetato? Occorre prima di tutto determinare una linea convenzionale uguale per tutti, per esempio il colmo di un tetto o una ringhiera o altro elemento lungo ed orizzontale;
individuato questo riferimento, ciascuno rileva la distanza da questo del Sole disegnato sul proprio foglio contando i quadretti. Solo ora è possibile riempire l’ultima colonna della tabella di discussione.
A questo punto si ripete la discussione sulla forma di rappresentazione dei dati, già effettuata al punto 5, questa volta a proposito dell’altezza del Sole. Si tracci dunque un altro grafico con gli istanti di misura in ascissa e sull’ordinata il numero di quadretti che registra l’altezza del Sole sulla linea di riferimento.
A questo punto si confrontino i due grafici, giungendo a riconoscere l’analogia tra le variazioni nel tempo di temperatura percepita, segnalata dal termometro e posizione apparente del Sole.
NOTE: la raccolta dati è importante perchè conduce alla stesura di tabelle significative per il confronto delle registrazioni ed alla realizzazione di grafici completamente astratti. Durante l’attività di consolidamento-verifica concettuale è bene che l’insegnante rediga una ulteriore tabella di osservazione: questa può fungere da controllo delle abilità acquisite dai bambini nell’effettuare misure col termometro.

Conclusioni

àˆ importante che le esperienze condotte lascino punti fermi nella mente dei ragazzi e siano riproducibili. In un secondo momento si proponga la scheda allegata.