I modelli atomici. Il metodo scientifico in azione

Per affrontare in classe lo studio dei modelli atomici e stimolare insieme una riflessione critica sul metodo scientifico sperimentale, si può proporre un’unità didattica di Scienze che si focalizza sugli esperimenti che hanno portato alla nascita di questi modelli e sulla continua messa in discussione dei ragionamenti teorici che li hanno accompagnati. 

I modelli proposti non sono infatti visti come nozioni da imparare, ma come frutto del continuo processo di ricerca scientifica. Questi argomenti trattati in un’unità articolata e multidisciplinare, che punta a coinvolgere sia gli studenti appassionati delle Scienze che quelli più interessati ad altre discipline: si parla infatti di elettrostatica, luce, forze ed energia potenziale (Fisica), di gravitazione (Scienze della Terra e del Cielo), ma anche di Democrito, di filosofia e storia della scienza, e si richiede la scrittura di articoli e saggi (Italiano). 

L’aspetto laboratoriale è centrale: se disponibili, si possono osservare gli strumenti utilizzati in alcuni esperimenti, ad esempio i tubi a raggi catodici, oppure ci si avvale di supporti multimediali, fruibili anche a distanza o in modo asincrono. Esperimenti di elettrostatica possono essere svolti anche in classe con pochi materiali di facile reperibilità; quelli più complessi invece vanno studiati utilizzando dei video disponibili in rete. Per la profondità della riflessione e per il tempo che è necessario dedicarle, questa proposta si adatta bene a un percorso liceale, in particolar modo per il liceo Scienze applicate: l’unità è stata sperimentata con una classe terza. Le attività di dividono in diverse fasi.

In una prima fase di osservazione, si approfondiscono le proprietà elettriche della materia e la struttura atomica, visualizzando questo video sulle cariche elettriche (note già nel Settecento) e commentando quindi con domande guida e una discussione in classe. Si passa poi alle scoperte della Chimica nel XIX secolo, quando alcuni esperimenti chiarirono che l’atomo è composto di particelle cariche e si collegarono fenomeni elettrici macroscopici alla struttura microscopica della materia: per esempio visualizzando qui un video sul tubo a raggi catodici.

Da queste scoperte discendono i diversi modelli atomici da prendere in esame, in particolare quello di Thomson e quello di Rutherford (qui un video esplicativo dell’esperimento di Rutherford e qui una sua realizzazione moderna). Ci si sofferma quindi sulla spiegazione di numero atomico, numero di Massa e isotopi. Per valutare la conoscenza di questa parte del programma è utile usare Kahoot.

La fase successiva è dedicata allo studio della luce come strumento per indagare la struttura elettronica degli atomi, proponendo un esperimento sullo spettro di assorbimento e di emissione a righe di diversi atomi (facendo vedere un primo e un secondo video). Si presenta quindi il modello atomico di Bohr portando come esempio il colore dei fuochi d’artificio giustificati in base a questa struttura elettronica dell’atomo.

La valutazione finale consiste in un compito di realtà che chiede agli studenti di vestire i panni di un giornalista scientifico vissuto tra la fine dell’Ottocento e l’inizio del Novecento, contemporaneo dei grandi scienziati che si sono studiati. Devono quindi scrivere un articolo che descriva i risultati di un esperimento tra quelli visti e la proposta del nuovo modello atomico corrispondente, utilizzando come guida la scheda allegata qui sotto. Questa attività comporta un maggior coinvolgimento della classe, soprattutto degli studenti più interessati agli aspetti storici e di indagine più che a quelli schiettamente scientifici.