L’INSEGNAMENTO DELLA CHIMICA NELLA SCUOLA SECONDARIA DELLA GERMANIA FEDERALE

 

Carla Bisi Castellani, Angelo Perotti

Istituto di Chimica Generale ed Inorganica dell'Università di Pavia

 

Nella prospettiva di una prossima riforma della Scuola Media Superiore il COASSI (Comitato di Coordinamento delle Associazioni Scientifiche Italiane) ha promosso un’indagine conoscitiva sull’educazione scientifica nelle Scuole Secondarie Europee; tale indagine ha avuto come risultato una serie di rapporti interni [1], che hanno costituito la base per un recente Convegno (Montecatini 25-26 aprile ‘80) e che, in forma sintetica, sono in corso di stampa per l’Enciclopedia Italiana [2].  In questo articolo si riferirà brevemente sull’insegnamento della Chimica nella Scuola Secondaria della Repubblica Federale Tedesca.  Per poter esporre con chiarezza come tale insegnamento venga articolato nei diversi tipi di scuola ed ai differenti livelli di scolarità, è necessaria una breve premessa sulla attuale struttura scolastica nella Germania Federale.  Innanzi tutto va messo in rilievo che tutte le strutture educative fanno capo ai singoli Länder, i quali godono di una larga autonomia sia per quanto riguarda l’amministrazione e l’organizzazione del loro sistema scolastico, sia per quanto concerne l’elaborazione dei «curricula» disciplinari.  Esistono tuttavia degli organismi – la Conferenza permanente dei Ministri della P.I. ed una Commissione paritetica del Governo Centrale e dei Singoli Länder che hanno il compito di delineare un piano globale di sviluppo dell’istruzione e di armonizzare tra loro i diversi sistemi scolastici, elaborando direttive programmatiche alle quali i vari Länder devono adeguarsi.  Perciò, nonostante certe differenze che si possono riscontrare da un Land all’altro, esistono larghe convergenze su tutto il territorio della Germania Federale.  L’obbligo scolastico ha inizio, come in Italia, al compimento del 6° anno di età, quando la maggioranza degli alunni ha già frequentato uno o due anni di Kindergarten, e dura fino al 15° anno, cioè per 9 anni (un anno di più che in Italia).

 

La scuola elementare Grundschule è di quattro anni soltanto; al termine gli allievi vengono ripartiti, in base alle loro capacità ed attitudini, in tre diversi tipi di Scuola:

a) Hauptschule, che comprende 5 classi (dalla 5a alla 9a) ed è finalizzata alla formazione professionale degli allievi che, al termine dell’obbligo, entreranno nel mondo del lavoro;

b) Realschule, che comprende 6 classi (dalla 5a alla 10a, ma può essere conclusa anche dopo la 9a) ed ha un carattere prevalentemente tecnico; è suddivisa in indirizzi diversi e potrebbe essere paragonata agli Istituti Tecnici Italiani;

c) Gymnasium, che comprende 9 classi (dalla 5a alla 13a) e, previo superamento di un esame di maturità, dà accesso agli studi universitari.  Anche il Gymnasium è suddiviso in vari indirizzi: Umanistico, Linguistico, Musicale, Artistico; Matematico-Scienze Naturali; Scienze Sociali.  La differenziazione tra gli indirizzi è molto spinta negli ultimi tre anni, nei quali gli allievi, attraverso una ampia scelta di corsi, hanno la possibilità di approfondire la loro preparazione nei settori nei quali intendono proseguire gli studi a livello universitario.

 

È tuttavia importante rilevare che, tra i diversi tipi di scuola, esiste una notevole permeabilità, agevolata da corsi integrativi e classi di collegamento, così che per esempio gli studenti della Hauptschule possono reinserirsi nella Realschule o nel Gymnasium; gli studenti che hanno concluso la Realschule possono accedere a certe facoltà universitarie.  Le strutture italiane, sotto questo aspetto, sono più rigide; infatti se uno studente vuole trasferirsi da una scuola all’altra non può usufruire di corsi di collegamento, ma deve provvedere privatamente a formarsi una preparazione che gli consenta di sostenere gli esami di idoneità.  Anche coloro che, avendo adempiuto all’obbligo scolastico, sono ormai inseriti nell’attività lavorativa, trovano larghe possibilità di estendere la loro istruzione attraverso un sistema molto articolato di scuole professionali Fachoberschulen , che possono essere frequentate a tempo parziale o, per periodi, a tempo pieno: tali scuole provvedono da un lato al continuo aggiornamento professionale, dall'altro possono addirittura dare accesso, previo appositi esami finali, a determinati studi di carattere universitario.  La molteplicità di scuole e di indirizzi in questi ultimi anni si va attenuando attraverso la crescente diffusione di «scuole unitarie» Gesamtschule , che possono coprire tutto il periodo dell’obbligo; la scuola unitaria si trova peraltro ancora in fase sperimentale e la sua espansione viene portata avanti con estrema gradualità; per il momento prevale, su tutto il territorio della Germania Federale, solo nella 5a e nella 6a classe, che costituiscono il cosiddetto biennio di «orientamento» Orientierungstufe.

 

Curricula di Chimica

Vediamo ora quale sia lo spazio che un sistema scolastico così vario e articolato riserva ai curricula di chimica e come questi siano strutturati ai vari livelli di scolarità.  I curricula di chimica, come del resto anche quelli delle altre discipline scientifiche, presentano tra i diversi Länders differenze più formali che sostanziali; si riscontrano infatti gli stessi contenuti di base, eventualmente scanditi in modo diverso tra i vari anni di una stessa fascia scolare, o presentati attraverso una differente scelta di argomenti specifici.  Le considerazioni che seguono hanno perciò carattere generale, anche se sono essenzialmente basate sull’esame comparativo dei programmi emanati dalla Renania Settentrionale-Westfalia e dalla Baviera.  Il carattere saliente dei curricula è il rigore minuzioso con il quale sono redatti, rigore che contrasta con la genericità dei programmi ministeriali delle scuole italiane.  Per ogni singolo argomento sono infatti indicati, con grande precisione, gli obiettivi specifici, la metodologia più adatta, le ore di lezione consigliate e i mezzi di valutazione dell’apprendimento.  Ne risultano curricula che, pur non essendo rigidamente vincolanti, costituiscono delle tracce molto circostanziate e sono indubbiamente un aiuto valido sia per gli insegnanti che decidono di seguirli fedelmente, sia per quelli che desiderano rielaborarli in modo più autonomo.

 

Obiettivi

Per la chimica vengono indicati obiettivi generali ed obiettivi disciplinari.  Gli obiettivi generali sono validi per l’insegnamento di tutte le discipline scientifiche e ci sembra inutile dilungarci in questa sede su questo punto; sono per esempio indicati come obiettivi generali: l’acquisizione di capacità critiche ed autodecisionali, l’acquisizione di una preparazione scientifica di base ecc.  Gli obiettivi più specificamente chimici vengono classificati, secondo la tassonomia di Bloom [3], nei tre settori: conoscitivo, emotivo e psicomotorio (o manuale).  Il settore conoscitivo comprende gli obiettivi correlati con lo sviluppo intellettuale; quello emotivo gli obiettivi correlati agli interessi, alle attitudini ed all’abilità; quello psicomotorio è centrato sulle capacità di manipolazione o attitudini alla manualità sperimentale.  Gli obiettivi conoscitivi, che sono i più importanti, sono ulteriormente classificati in: «conoscenza», «comprensione», «applicazione», «analisi», «sintesi» e «valutazione».  E in base a questa tassonomia che, nelle diverse fasce scolari, vengono graduati obiettivi e contenuti, sono scelte le metodologie didattiche e vengono articolati i questionari e le domande da porre durante gli esami ed in ogni altro momento della valutazione dell’apprendimento.  Con «conoscenza» si intende: l’aver imparato ad essere in grado di ripetere correttamente, leggi, teorie, fenomeni chimici; il conoscere importanti tecniche di sperimentazione e di lavoro; il comprendere il linguaggio chimico; l’essere al corrente della portata economica di importanti prodotti e processi chimici; il conoscere a grandi linee lo sviluppo storico della chimica e le relazioni che intercorrono tra la chimica e le altre scienze della natura e tra la chimica e la tecnologia.  La «comprensione» è un livello più elevato del processo di apprendimento: lo studente deve essere in grado di utilizzare le sue conoscenze in situazioni già note; deve cioè saper eseguire personalmente osservazioni precise su sostanza, fenomeni ed esperimenti, e saperlo esporre correttamente, usando il linguaggio chimico e tecnico; deve saper consultare libri e tabelle per ricavarne informazioni e dati; deve comprendere e saper usare grafici, prospetti e simbologia chimica.  Uno stadio ancora superiore è l’«applicazione», che comporta la capacità di applicare principi, teorie, relazioni e modelli a situazioni nuove: per esempio lo studente deve saper trarre conclusioni logiche da osservazioni ed esperienze e saper illustrare con esempi appropriati le relazioni tra proprietà e struttura delle sostanze.

 

«Analisi», «sintesi» e «valutazione» sono i livelli più elevati dell’apprendimento e vengono anche indicati globalmente come «mentalità atta a risolvere i problemi»: implicano la capacità di applicare procedimenti logici astratti a situazioni complesse; per esempio il formulare ipotesi sulla base di esperimenti; il progettare esperimenti per verificare ipotesi; l’effettuare analisi critiche sugli errori sperimentali.  Nel settore emotivo sono indicati, come obiettivi dell'insegnamento della chimica, lo sviluppo della sensibilità per le proprietà degli oggetti (forma, odore, calore), per le circostanze dei fenomeni: l’interesse e la curiosità per i problemi chimici; la percezione del valore di un ambiente naturale intatto ed il conseguente comportamento cosciente nei confronti dell’ambiente stesso.  Tra gli obiettivi psicomotori o pratici sono la capacità di maneggiare con disinvoltura gli apparecchi e i composti chimici a portata degli studenti; il saper eseguire reazioni semplici, analisi e misure; il saper scegliere gli apparecchi adatti ad una determinata esperienza.  Naturalmente gli obiettivi devono essere raggiunti con gradualità attraverso tutto l’iter scolastico; perciò il curriculum di ogni classe è poi strutturato sulla base di obiettivi didattici specifici, indicati molto chiaramente, argomento per argomento, e per i quali sia possibile il riscontro attraverso la valutazione.  Qualche esempio illustrativo viene riportato più avanti.  Anche in Italia sta facendosi strada l’idea che l’insegnamento debba essere condotto sulla base di «curricula» programmati, tuttavia il lavoro di programmazione curriculare viene lasciato alla libera iniziativa dei docenti che non trovano, nelle attuali strutture, spazio e strumenti adeguati; pertanto il programma è spesso impostato sul libro di testo ove necessariamente gli argomenti vengono trattati con diversa enfasi, dipendentemente dalla personalità didattica e scientifica dell’Autore.  Probabilmente se i docenti potessero disporre di «curricula» così logicamente coerenti e circostanziati come quelli della Germania Federale, ne potrebbe risultare, di norma, un insegnamento assai più omogeneo ed anche di miglior livello su tutto il territorio nazionale.

 

Metodologia

La metodologia suggerita è assai varia, anche in considerazione del fatto che la varietà dei metodi è molto stimolante ed evita che lo studio si trasformi in routine.  Di volta in volta, e sempre in stretta correlazione con gli obiettivi e con i contenuti, sono consigliate lezioni teoriche dell’insegnante, presentazione di modelli, relazione degli studenti, dimostrazioni pratiche, discussioni collettive, lavori sperimentali di gruppo con la partecipazione costante dell’insegnante, ricerche autonome dello studente, sia su materiale bibliografico, che in laboratorio.  La ricerca autonoma corrisponde ai massimi livelli dell’apprendimento e viene suggerita solo per gli ultimi anni della scuola secondaria, quando gli allievi sono già abituati al lavoro sperimentale di gruppo.  Al lavoro sperimentale viene comunque riservata, ad ogni livello scolare, la massima importanza; anche le lezioni e le discussioni teoriche sono sempre affiancate ed integrate dalla sperimentazione in laboratorio.  Questo indubbiamente è uno dei caratteri maggiormente contrastanti tra la situazione dell’insegnamento della chimica nella Germania Federale ed in Italia: qui infatti la chimica viene insegnata quasi esclusivamente per via teorica (eccezion fatta per gli I.T.I. nei quali particolarmente nella specializzazione chimica, tempo e strutture adeguate sono riservate, in genere, alle esercitazioni pratiche).

 

Contenuti

Una elencazione dei contenuti, necessariamente sommaria, non avrebbe molto significato perché ovviamente i titoli degli argomenti non possono illuminare né sull’impostazione, né sul grado di approfondimento di un curriculum.  Ci limiteremo pertanto ad alcune considerazioni relative alle diverse fasce scolari ed a qualche esempio illustrativo, rinviando, per maggiori dettagli, ad altre pubblicazioni sull’argomento [1, 2].  Nel biennio di orientamento (orientierungsstufe 5° e 6° anno scolare) non esiste un programma specifico per la chimica, il cui insegnamento è strettamente integrato con quello della fisica; gli argomenti di carattere più spiccatamente chimico (per i quali sono previste circa 13 ore di lezione per ciascun anno) vertono su concetti basilari come quelli di sistema omogeneo ed eterogeneo, composti ed elementi, fenomeni chimici.  A partire dal 7° anno prende lentamente avvio la differenziazione dei programmi, ed il carattere strettamente integrato dell’insegnamento, tipico del biennio di orientamento, lascia gradualmente il posto ad una impostazione più spiccatamente disciplinare.  Inoltre, secondo il tipo di scuola e l’indirizzo scelto dagli allievi, la chimica viene insegnata a vari livelli di approfondimento.  Ciò vale anche nell’ambito della scuola unitaria (Gesamtschule) nella quale ad esempio il 7° anno è dedicato all’estensione ed approfondimento dei concetti presentati nel biennio di orientamento (combustione, relazione tra combustibili ed alimenti; analisi e sintesi dell’acqua, per circa 28 ore di lezione); già nell’8° anno è possibile la scelta tra diversi piani di studio, secondo l’inclinazione degli allievi e il tipo di scuola che essi intendono frequentare successivamente.

 

I vari «curricula» di chimica possibili sono pertanto correlati a quelli predisposti per il 9° anno della Hauptschule, della Realschule e del Gymnasium rispettivamente.  Essi vertono in linea di massima sui concetti basilari della chimica generale (sostanze e loro riconoscimento; modello atomico e sua applicazione; uso del simbolismo chimico nel rappresentare le reazioni; costituzioni dell’atomo e sistema periodico; legame chimico): le ore di lezione variano, secondo i curricula, da 28 a 56 circa.  La metodologia suggerita per questi primi tre anni tiene conto chiaramente della correlazione tra l’età degli allievi e lo stadio del loro sviluppo cognitivo; pertanto è di tipo induttivo e si basa su esperienze concrete che prevedono la partecipazione attiva e critica degli studenti.  Per quanto riguarda il 9° e 10° anno scolare ci limiteremo ad alcune brevi osservazioni sui programmi della Realschule e del Gymnasium, verso cui complessivamente si va orientando la maggioranza della popolazione studentesca.  In relazione al carattere tecnico della Realschule, si può osservare che i «curricula» di chimica sono finalizzati, oltre che alla formazione intellettiva degli allievi, anche a fornir loro un adeguato corredo informativo tecnico-pratico ed a sensibilizzarli ai problemi socioeconomici ed ambientali connessi con l’industria chimica.  Nel Gymnasium (indirizzi Matematico-Scienze Naturali e Scienze Sociali) pur essendo i contenuti di base paralleli a quelli della Realschule, si nota nella metodologia didattica una maggior attenzione per gli aspetti teorici che non per quelli informativi tecnico-pratici.  Di conseguenza anche le varie tematiche sono diversamente sviluppate.  Nella Realschule il 9° anno è dedicato ad approfondimenti di chimica generale ed ai temi più importanti della chimica inorganica: (elementi alcalini; acido solforico; processo Born-Haber; fertilizzanti; durezza delle acque; metalli; ecc. – da 25 a 58 ore circa, a seconda degli indirizzi); il 10° anno è dedicato alla chimica organica, con particolare riguardo agli aspetti di grande rilevanza tecnica ed economica (combustibili; grassi; detersivi; materie plastiche ecc. – da 30 a 68 ore di lezione).

 

Nel Gymnasium la chimica generale ed inorganica impegnano quasi totalmente il programma dei due anni – con 56 ore di lezione per ciascun anno –; alla chimica organica vengono riservate solo poche ore, in considerazione del fatto che un maggiore approfondimento in questo campo potrà essere acquisito attraverso i corsi specialistici semestrali della Sekundarstufe II – (11°, 12° e 13° anno della scuola secondaria).  Come esempio di questa differenza di impostazione metodologica, può valere la trattazione del tema «Ossidoriduzioni», per il quale l’articolazione dettagliata è riportata nell’allegato n. 1.  Come si può notare, tanto nella Realschule che nel Gymnasium l’argomento viene introdotto con metodo induttivo-sperimentale, mediante l’esame di reazioni di combustione, e successivamente di ossidazione, in ambiente di ossigeno; nella Realschule, peraltro, una notevole enfasi viene riservata agli aspetti tecnici della combustione {temperatura di ignizione, estinzione, inquinamento atmosferico ecc.).  Il successivo studio delle riduzioni con idrogeno conduce al concetto di ossidanti e riducenti come sostanze che cedono e sottraggono ossigeno.  L’argomento viene ripreso in una fase successiva, elaborando il concetto di reazioni Redox come scambio di elettroni.  Mentre nella Realschule l’intera tematica si esaurisce nel corso del 9° anno, sia pure attraverso un adeguato numero di ore di lezione, nel Gymnasium la seconda parte della concettualizzazione viene sviluppata ed approfondita nel 10° anno, in modo tale da costituire una premessa per la trattazione rigorosa dei problemi elettrochimici, che vengono affrontati, nell’11° anno, ad un livello paragonabile a quello dei corsi propedeutici universitari italiani.

 

Sekundarstufe II (Scuola secondaria di II grado).  Ciclo superiore ristrutturato del Gymnasium

Nell’11° anno il corso di chimica, che può essere scandito in due semestri, ha la funzione di rendere omogenea la preparazione di base degli studenti provenienti da diversi indirizzi, così da consentire loro di affrontare con una adeguata cultura chimica i successivi corsi, sia di livello ordinario che di livello avanzato.  I programmi sono differenziati secondo i vari indirizzi: ad esempio nella Baviera si limitano, per l’indirizzo Linguistico-letterario-artistico, a fornire i concetti basilari della chimica generale (56 ore di lezione); mentre per l’area Matematica-Scienze Naturali e Scienze Sociali, sono finalizzati alla rielaborazione critica e all’estensione dei contenuti appresi nei corsi precedenti; all’approfondimento della materia viene peraltro riservato maggior spazio nel ramo Matematica-Scienze Naturali (82 ore) che in quello di Scienze Sociali (54 ore).  Durante gli ultimi due anni della Sekundarstufe II, di norma ad organizzazione semestrale, gli allievi hanno la possibilità di una ampia scelta di corsi sia di livello ordinario che di livello avanzato.  Tali corsi, a contenuto fortemente specialistico, variano ampiamente da un Land all’altro; riesce pertanto impossibile offrirne una panoramica generale, tuttavia un’idea abbastanza chiara della loro strutturazione può risultare dall’allegato n. 2, nel quale sono riportate le tematiche ed il numero di ore di lezione previste nella Baviera.  L’analisi dei contenuti di tali corsi (che qui non viene riportata) mostra che essi sono svolti ad un livello paragonabile a quello degli insegnamenti propedeutici universitari italiani.  Come abbiamo già accennato nella parte introduttiva, gli studi secondari sono conclusi da esami di maturità, che vertono su programmi sostanzialmente unitari per tutta la Germania Federale; la valutazione è obiettivata in base a criteri il più possibile standardizzati e viene effettuata mediante computerizzazione.  Maggiori dettagli possono essere reperiti, su questo argomento, nelle già citate pubblicazioni.

 

Fachoberschulen (Scuole superiori di educazione professionale)

Pur non ritenendo opportuno, in questa sede, entrare dettagliatamente nell’analisi dei «curricula» di chimica per questo ordine di scuole, che sono attualmente in fase di ristrutturazione, possiamo notare che i programmi si limitano alle tematiche fondamentali.  Ad esempio per tutti gli indirizzi della Fachoberschule nella Renania Settentrionale-Westfalia (12° anno con 60 ore di lezione), sono indicati i seguenti contenuti: Struttura dell’atomo e legame chimico – Tipi di reazioni e loro decorso – Introduzione alla chimica degli idrocarburi – Importanti classi di composti organici.

 

Conclusioni

A conclusione di quanto esposto sembrano opportune alcune brevi osservazioni.  Anzitutto va messo in rilievo che nella Germania Federale viene riconosciuta alla chimica la dignità di disciplina formativa; per questo essa viene insegnata per almeno un biennio già nella scuola dell’obbligo, così che ogni cittadino acquisisca i concetti e le nozioni di base indispensabili a compiere valutazioni critiche e scelte motivate nella società tecnologica attuale.  Dopo il ciclo dell’obbligo il livello di approfondimento dei «curricula» si differenzia nettamente secondo gli indirizzi; tuttavia perfino gli studenti dell'indirizzo linguistico-letterario-artistico del Gymnasium riprendono lo studio della chimica attraverso un corso annuale, finalizzato a riorganizzare ed approfondire quanto già appreso in precedenza.  Il programma di tale corso può essere considerato equipollente a quello dei licei italiani (sia classico che scientifico) ; in questi però lo studio viene intrapreso «ab initio» ed in un solo anno e rischia pertanto di rimanere episodico; nella Germania Federale invece, innestandosi su un «background» chimico preesistente (sia pur limitato), diventa più facilmente parte integrante della cultura scientifica.  Negli indirizzi scientifici del Gymnasium, l’insegnamento della chimica raggiunge un grado di specializzazione disciplinare veramente notevole.  Questo offre diversi vantaggi: permette all’allievo di orientare con chiarezza le sue scelte successive ed offre ai docenti universitari la possibilità di svolgere sin dall’inizio i loro corsi in modo approfondito e con strumenti adeguati, senza dover dedicare almeno un semestre all’unificazione del linguaggio scientifico e al recupero dei concetti di base.

 

Una analoga organizzazione dell’insegnamento della chimica anche nelle Scuole Secondarie italiane è, a nostro avviso, veramente auspicabile, anche in vista dell’introduzione del «numero programmato» in alcune facoltà universitarie: infatti solo una maggiore specializzazione nell’insegnamento delle discipline scientifiche potrà consentire una scelta razionale dei canali di accesso ai diversi corsi di laurea.  Nel caso particolare del corso di laurea in chimica, del quale si sta attualmente studiando la ristrutturazione, la possibilità di impostare l’insegnamento, fin dai primi corsi, su principi di termodinamica, cinetica e strutturistica già rigorosamente appresi, consentirebbero di far acquisire agli studenti, nell’arco dei cinque anni, un miglior grado di professionalità.  Naturalmente il presupposto per un insegnamento così specializzato della chimica nella Scuola Secondaria è una adeguata qualificazione dei docenti sia dal punto di vista disciplinare che da quello didattico.  In questa luce non si può che auspicare che la chimica venga insegnata solo da laureati in chimica e che, nell’ambito del corso di laurea in chimica venga istituito un indirizzo o specializzazione didattica, che dia ai futuri docenti una formazione professionale, oltre che scientifica.

 

Bibliografia

1. Coassi. Rapporti sull’educazione scientifica nella scuola secondaria in Germania Federale, Gran Bretagna, Francia, Svezia.

2. In corso di stampa.

3. B. Bloom, Taxonomy of Educational objectives, Voll. I and II. Longmans, London.

 

Allegato n. 1

9° anno della Realschule.  Tema «Combustioni»

·  Il processo di combustione viene studiato basandosi sui concetti di ossidazione, ossidi, punto di ignizione.

·  Alcune semplici ossidazioni vengono descritte mediante le equazioni chimiche (facendo uso del simbolismo chimico).

·  Dal concetto di temperatura di ignizione a quello di energia di attivazione.  Relazione tra grado di suddivisione del combustibile e velocità della combustione.

·  Pericolosità di polveri e gas infiammabili.

·  Combustioni lente, con particolare riferimento all’arruginimento ed alla respirazione.

·  Mezzi tecnici per estinguere le combustioni.

·  Composizione dell’aria.  Liquefazione dell’aria e separazione dei suoi componenti.

·  Inquinamento atmosferico.

·  Ossigeno: proprietà, usi, importanza dell’ossigeno in natura.

·  Combustione di varie sostanze in ossigeno; ossigeno come mezzo ossidante.  Definizione degli ossidanti come sostanze che cedono ossigeno.

 

L’argomento trova il suo naturale sviluppo nel Tema «Ossidoriduzioni» che riportiamo integralmente sia per favorire il confronto con la trattazione svolta a tale proposito nel Gymnasium, sia per fornire un esempio illustrativo della articolazione dei «curricula».

 

Tema «Ossidoriduzioni»

Obiettivi: – Saper riconoscere e formulare reazioni di ossido-riduzione.

Contenuti: Processi Redox come cessione e sottrazione di ossigeno.

·  Esperimento: riduzione di ossido di rame con idrogeno.

·  Ossidanti e riducenti.

Metodi: Interpretare la riduzione dell’ossido di rame e la contemporanea ossidazione dell’idrogeno.

·  Valutare la relazione fra riduzione e ossidazione.

·  Esperimenti: riduzione di ossido di piombo con carbone; riduzione di acqua con magnesio.

·  Definizione dei concetti di riducenti e ossidanti come sostanze capaci di sottrarre e cedere ossigeno.

·  Applicazione di tali concetti ad ulteriori reazioni redox.

Valutazione dell’apprendimento: valutare la ricerca degli studenti sulla riduzione dell’ossido di rame.  Verificare la loro concettualizzazione di «ossidazione, riduzione, reazioni redox» su reazioni chimiche loro proposte, nonché di ossidante e riducente.

·  Verificare la loro capacità di formulare semplici reazioni redox.

 

9° anno del Gymnasium (indirizzi Matematica-Scienze Naturali e Scienze Sociali)

Tema: «Ossidoriduzioni»

Obiettivi: Conoscere l’importanza dei processi di ossidazione e di riduzione in natura e nella tecnica.

Contenuti: Preparazione dell’ossigeno.

·  Differenti tipi di ossidazione: combustione, esplosione, ossidazione lenta.

·  Ossidi, mezzi ossidanti.

·  Preparazione dell’idrogeno.

·  Idrogeno e carbone come mezzi riducenti; reazioni redox.

·  Energia di attivazione e catalisi: sintesi dell’acqua.

·  Reazione fra idrogeno e cloro; acido cloridrico gassoso e in soluzione acquosa.

Metodi: Preparazione dell’ossigeno dall’acqua, dall’acqua ossigenata o da altri composti contenenti ossigeno (non dal clorato potassico!).

·  Caratterizzazione del processo di combustione sulla base delle conoscenze acquisite nella vita quotidiana e di opportune ricerche.  (Prestare attenzione al problema della sicurezza durante le ossidazioni dirette con ossigeno! ).

·  Osservazioni sull’importanza tecnica e biologica dell’aria.

·  Sulla base delle conoscenze acquisite in merito alla miscela tonante, mettere in rilievo la grande cautela necessaria nel maneggiare l’idrogeno!

·  Attraverso le reazioni di diversi ossidi metallici con idrogeno e con carbone elaborare il concetto di riduzione ed una «serie di reattività».

·  Individuare nella riduzione un mezzo per ricavare metalli.

·  Elaborare il concetto di riduzione come allontanamento di ossigeno o come combinazione con idrogeno (cioè come l’opposto della ossidazione).

·  L’interpretazione delle equazioni di reazione porta al concetto di redox.

Valutazione dell’apprendimento: Trarre deduzioni dalle ricerche fatte; formulare chimicamente i processi di ossidazione; spiegare il violento decorso delle ossidazioni in ossigeno puro.

·  Descrivere le caratteristiche di ossidanti e riducenti noti.

·  Interpretare diagrammi energetici relativi a reazioni catalitiche.

·  Prevedere il decorso spontaneo di reazioni in base alla «serie di reattività».

·  Spiegare il significato di «metalli nobili».

 

10° anno del Gymnasium (indirizzo Matematica-Scienze Naturali e Scienze Sociali)

Tema: «Scambio di elettroni»

Obiettivi: Saper indicare e formulare il principio «Donatore-Accettatore» nelle reazioni redox.

Contenuti: Concetto formale di numero di ossidazione.

·  Ossidazione e riduzione come cessione e acquisto di elettroni.

·  Impostazione di reazioni di ossido-riduzione.

Metodi: Il confronto della combustione di metalli in ossigeno e in cloro porta ad estendere il concetto di ossidazione ed a comprendere chiaramente il carattere formale di numero di ossidazione.

·  L’uso del numero di ossidazione permette di stabilire in modo semplice la ossidazione e la riduzione.

·  Impiegando una cella a combustione (attenzione alle misure di sicurezza!) si può dimostrare che l’ossidazione comporta il trasporto di elettroni verificabile con uno strumento di misura o con una lampadina.

·  Formulazione di una reazione redox e calcolo dei coefficienti con il metodo delle reazioni parziali.

Valutazione dell’apprendimento: Applicare il concetto redox a nuove reazioni e scrivere le equazioni appropriate.

·  Stabilire i numeri di ossidazione e formulare reazioni di ossidazione.

 

11° anno del Gymnasium (indirizzi Matematica-Scienze Naturali e Scienze Sociali)

Tema: «Processi redox»

Serie dei potenziali elettrochimici:

·  Serie redox di metalli e non metalli, elementi galvanici e differenza di potenziale (3 ore)

·  Potenziali elettronici e potenziali normali (3 ore)

·  Equazione di Nernst (2 ore solo per MNG)

·  Corrosione elettrochimica ed arrugginimento (2 ore)

·  Titolazioni redox (3 ore solo per MNG)

 

(MNG = indirizzo Matematica-Scienze Naturali).

 

Allegato n. 2

Corsi semestrali di chimica previsti per il 12° e 13° anno del Gymnasium della Baviera

 

Corsi di base:

12.1 – Fondamenti di chimica organica 40 ore

12.2 – Chimica dei composti aromatici e di molecole di interesse biologico 35 ore

13.1 Introduzione ai processi biochimici; chimica dell’alimentazione 40 ore

13.2 Sostanze artificiali, coloranti, tensioattivi 23 ore

 

Corsi avanzati:

12.1.a Chimica analitica; Radiochimica e chimica nucleare; Modelli atomici e molecolari 80 ore

12.2.b – Struttura e reattività dei composti organici 70 ore

13.1.c – Sostanze naturali e processi biochimici fondamentali 80 ore

13.2.d – Sostanze artificiali; Coloranti; Detersivi 36 ore.

 

 

Pubblicato originariamente su La Chimica nella Scuola, 1982, 1, 4-13. Riprodotto con l'autorizzazione del Prof. Pierluigi Riani, direttore di CnS.