Επιστημονικό κομμάτι

Τα παιδιά αρχίζουν να κατανοούν τις καταστάσεις της ύλης (στερεό, υγρό και αέριο) μέσα από καθημερινές εμπειρίες και εκπαιδευτικές δραστηριότητες. Σύμφωνα με τον Piaget (1952)[1] τα παιδιά στην προσχολική ηλικία αντιλαμβάνονται τις βασικές ιδιότητες των στερεών, υγρών και αερίων μέσω της άμεσης αλληλεπίδρασής τους με αυτά. Τα στερεά, όπως οι πέτρες και τα παιχνίδια, αναγνωρίζονται για τη σταθερή τους μορφή και την αδυναμία τους να αλλάξουν σχήμα, παρά την εξωτερική παρέμβαση. Τα υγρά, όπως το νερό και το γάλα, ταυτοποιούνται από την ικανότητά τους να παίρνουν το σχήμα του δοχείου που τα περιέχει, ενώ τα αέρια, όπως ο αέρας, είναι πιο δύσκολο να γίνουν αντιληπτά λόγω της αόρατης φύσης τους,  αλλά τα παιδιά καταλαβαίνουν ότι γεμίζουν οποιοδήποτε διαθέσιμο χώρο

(Gopnik, Meltzoff, & Kuhl, 1999)[2]. Με την πρόοδο στην εκπαίδευση, τα παιδιά μαθαίνουν μέσω πειραμάτων και παρατηρήσεων, πώς οι αλλαγές στη θερμοκρασία μπορούν να μετατρέψουν ένα υλικό από τη μία κατάσταση στην άλλη (Driver et al., 1994)[3].

Αρχική εικόνα

Μέσω της εικόνες ο/η εκπαιδευτικός ακούει τις απόψεις όλων των μαθητών/τριών. Οι μαθητές/τριες προσπαθούν να εντοπίσουν το νερό σε υγρή, σε στερεή και σε αέρια κατάσταση. Για να μην έχουμε το νερό σε στερεή κατάσταση θα πρέπει να το ζεστάνουμε.

Απαντήσεις στις δραστηριότητες

Επιλέγουμε ένα στερεό σώμα, για παράδειγμα το μολύβι μας. Όταν το μετακινούμε, αλλάζει το σχήμα του; Αλλάζει ο χώρος που καταλαμβάνει;

Δεν αλλάζει σχήμα, ούτε ο χώρος που καταλαμβάνει.

Αν βάλουμε νερό από το μπουκάλι στο μικρό ποτήρι, το νερό θα διατηρήσει το σχήμα του;

Όχι, το νερό θα πάρει το σχήμα του μικρού ποτηριού.

Σημειώνουμε τη στάθμη του νερού στο ποτήρι και στη συνέχεια το μεταφέρουμε στο μεγαλύτερο ποτήρι. Η στάθμη του νερού στα δύο ποτήρια είναι στο ίδιο ύψος;

Όχι η στάθμη του νερού διαφέρει.

Τώρα κάνουμε το αντίστροφο: μεταφέρουμε το νερό από το μεγάλο ποτήρι στο μικρό. Τι συμβαίνει; Η στάθμη του νερού στο μικρό ποτήρι αλλάζει ή παραμένει η ίδια σε σχέση με αυτήν που σημειώσαμε στην αρχή;

Η στάθμη του νερού αλλάζει.

Η ποσότητα του νερού άλλαξε;

Όχι, η ποσότητα του νερού παραμένει η ίδια.

Ποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά έχει ένα στερεό;

Τα στερεά σταθερό σχήμα και όγκο, το οποίο δεν αλλάζει εκτός αν εφαρμοστεί μεγάλη εξωτερική δύναμη και τα καταστρέψει.

Ποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά έχει ένα υγρό;

Τα υγρά έχουν σταθερό όγκο, αλλά όχι σταθερό σχήμα, καθώς προσαρμόζονται στο σχήμα του δοχείου που τα περιέχει.

Πώς διακρίνουμε ένα στερεό από ένα υγρό;

Για να διακρίνουμε ένα στερεό από ένα υγρό, μπορούμε να εξετάσουμε τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρονται σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Ένα στερεό θα διατηρήσει το σχήμα του ανεξάρτητα από το δοχείο στο οποίο τοποθετείται, ενώ ένα υγρό θα πάρει το σχήμα του δοχείου. Επίσης, τα στερεά είναι συνήθως πιο δύσκολο να συμπιεστούν σε σύγκριση με τα υγρά, λόγω της στενής σύνδεσης των μορίων τους.

Συζητάμε αν γνωρίζουμε άλλα υλικά, εκτός από το νερό, τα οποία μπορούμε να συναντήσουμε σε διαφορετικές φυσικές καταστάσεις.

Εκτός από το νερό, υπάρχουν και άλλα υλικά που μπορούμε να συναντήσουμε σε διαφορετικές φυσικές καταστάσεις. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂), το οποίο σε κανονικές συνθήκες είναι ένα αέριο, αλλά μπορεί να βρεθεί ως στερεό (ξηρός πάγος) όταν ψυχθεί σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες ή ως υγρό υπό υψηλή πίεση. Ένα άλλο παράδειγμα είναι το ήλιο, το οποίο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες μπορεί να βρεθεί ως υγρό ή και στερεό. Ο υδράργυρος είναι επίσης αξιοσημείωτος, καθώς είναι το μόνο μέταλλο που είναι υγρό σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά μπορεί να στερεοποιηθεί όταν ψυχθεί. Αυτά τα παραδείγματα δείχνουν πως η κατάσταση της ύλης ενός υλικού εξαρτάται από τις συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης που επικρατούν (Young & Freedman, 2014)[4]. Για τα παιδιά εκείνο που μπορούν να παρατηρήσουν είναι το βούτυρο που είναι ένα στερεό, όταν είναι στο ψυγείο, αλλά όταν το ζεστάνουμε σε ένα τηγάνι, γίνεται υγρό. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η σοκολάτα.  Σε θερμοκρασία δωματίου είναι στερεή, αλλά όταν την κρατάμε στο χέρι μας ή τη ζεσταίνουμε, λιώνει και γίνεται υγρή. Επίσης το κερί που είναι στερεό, αλλά όταν ανάψουμε το κερί, το κερί γύρω από το φιτίλι λιώνει και γίνεται υγρό.

Σε ποια φυσική κατάσταση βρίσκεται καθένα από τα παρακάτω; Απαντάμε κάνοντας την αντιστοίχιση.

Φουσκώνουμε ένα στενόμακρο μπαλόνι. Το δένουμε στην άκρη και μετά του αλλάζουμε σχήμα.

Συζητάμε τις παρατηρήσεις μας

Φουσκώνοντας το μπαλόνι και δένοντάς το στην άκρη, βλέπουμε ότι το μπαλόνι παραμένει φουσκωμένο και διατηρεί τον αέρα μέσα του. Όταν του αλλάζουμε σχήμα, μπορούμε να το κάνουμε να μοιάζει με διάφορα πράγματα, όπως ένα σκυλάκι ή ένα σπαθί, χωρίς να χάνει τον αέρα του. Παρατηρούμε ότι το μπαλόνι μπορεί να αλλάζει σχήμα εύκολα επειδή είναι ελαστικό και συγχρόνως δεν χάνει το αέρα του.

Κάνουμε πειράματα

Ο/Η εκπαιδευτικός θα έχει φροντίσει από την προηγούμενη μέρα να υπάρχει μια παγοθήκη με νερό που έχει παγώσει. Το πείραμα με το νερό που ζεσταίνεται είναι πείραμα επίδειξης από εκπαιδευτικό και θα πραγματοποιηθεί με ιδιαίτερη προσοχή.

Συμπληρώνουμε τα κενά στο παρακάτω κείμενο με τις λέξεις: στερεή, υγρή, αέρια

Στο προηγούμενο πείραμα το νερό στο ποτήρι βρίσκεται σε   υγρή               φυσική κατά- σταση. Τα παγάκια στην κατάψυξη βρίσκονται σε    στερεή           φυσική κατάσταση. Πάνω από το μπρίκι οι υδρατμοί βρίσκονται σε       αέρια φυσική κατάσταση

Μια ημέρα με βροχή το νερό πέφτει στο έδαφος από τον ουρανό. Πώς βρέθηκε εκεί;

Οι μαθητές/τριες θα προσπαθήσουν με δικά τους λόγια να περιγράψουν τον κύκλο του νερού. Ενδεικτικά:

Ο κύκλος του νερού είναι σαν ένα μαγικό ταξίδι που κάνει το νερό στη φύση. Αρχίζει όταν ο ήλιος ζεσταίνει τα ποτάμια, τις λίμνες και τις θάλασσες, μετά μετατρέπεται σε ατμός και στη συνέχεια ανεβαίνει στον ουρανό. Εκεί, ο ατμός γίνεται σύννεφα. Όταν τα σύννεφα γεμίσουν και δεν μπορούν να κρατήσουν άλλο νερό, πέφτει πάλι στη γη με τη μορφή βροχής ή χιονιού. Το νερό αυτό καταλήγει σε ποτάμια και λίμνες, και ξαναρχίζει το ταξίδι του πίσω στη θάλασσα. Έτσι, ο κύκλος του νερού συνεχίζεται ξανά και ξανά, κρατώντας τη φύση ζωντανή και τις λίμνες και τα ποτάμια γεμάτα νερό.

Συμπληρώνουμε τα κενά στο παρακάτω κείμενο με τις λέξεις: υδρατμούς, εξάτμιση, συγκεντρώνεται, εξατμίζεται, σύννεφα, κύκλο

Ο Ήλιος θερμαίνει το νερό στην επιφάνεια της Γης, και γι’ αυτό  εξατμίζεται. Στη συνέχεια, ανεβαίνει και ψύχεται σχηματίζοντας σύννεφα       .Τα σύννεφα συγκεντρώνουν τους υδρατμούς και καθώς έρχονται σε επαφή με ψυχρά στρώματα της ατμόσφαιρας, οι υδρατμοί σχηματίζουν σταγόνες νερού που πέφτουν στο έδαφος ως βροχή. Το νερό που πέφτει ως βροχή  συγκεντρώνεται στο έδαφος, στα ποτάμια, στις λίμνες και στη θάλασσα, συνεχίζοντας τον ίδιο κύκλο, ξεκινώντας και πάλι από την εξάτμιση.

Ας συμπληρώσουμε τα κουτάκια της παρακάτω εικόνας με τις λέξεις: εξάτμιση, βροχόπτωση, υγροποίηση.

Αντιστοιχίζουμε τις λέξεις «εξάτμιση» και «υγροποίηση» με τις προτάσεις που φανερώνουν τη σημασία τους.