Botanica: 2007

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA

SCUOLA INTERUNIVERSITARIA LOMBARDA DI SPECIALIZZAZIONE PER L’INSEGNAMENTO SECONDARIO
S.I.L.S.I.S.

SCIENZE NATURALI
Classe 60 A

LABORATORIO DIDATTICO DELLE SCIENZE SPERIMENTALI

Gatto Paolo Rinaldo

Le piante e la colonizzazione delle terre emerse

ANALISI DEL CONTESTO

I.T.I.S. “ITALO CALVINO” secondo anno di Informatica Industriale (Progetto “ABACUS”).
Biennio comune ai trienni di Elettronica e Telecomunicazioni e di Informatica.

TEMPI, SPAZI E RISORSE
Sono previste 12 ore di lezione (comprese 4 ore di laboratorio) ed una uscita in campo.
La scuola è provvista di un laboratorio di informatica (un PC ogni 2 studenti) e di un laboratorio video.

PROGRAMMA GIÀ SVOLTO (PREREQUISITI)

 La biosfera: i biomi acquatici e terrestri
 La dinamica di popolazione
 Le comunità e gli ecosistemi
 La biologia della conservazione
 La storia della Terra e la macroevoluzione
 Biologia sistematica e filogenetica
 Origine ed evoluzione dei microrganismi:
• L’origine della vita
• La vita dei procarioti

 Origine ed evoluzione degli eucarioti:
• Origine, struttura e diversità dei protisti
• La diversificazione delle alghe
• Evoluzione , struttura e diversità dei funghi

CONCETTI STRUTTURANTI

a. Caratteristiche comuni ad alghe verdi e piante. Da un gruppo di alghe verdi hanno avuto origine le piante che si sono adattate alla terraferma superando i problemi della disidratazione, del sostegno, della conduzione idrica e della riproduzione.

b. Struttura generale delle piante. Gli adattamenti che permettono alle piante di vivere sulla terraferma sono: sistema radicale e aereo, tessuti vascolari e strutture riproduttive. Differenze tra:

• Briofite
• Piante vascolari senza semi
• Piante vascolari con semi

c. I cicli vitali delle piante. L’evoluzione dei cicli vitali delle piante tende a una dominanza dello sporofito (la generazione diploide) sul gametofito (la generazione aploide), che raggiunge il massimo grado nelle angiosperme;

• Alternanza di generazioni in: muschi, felci e gimnosperme

d. Il successo delle angiosperme. Le angiosperme sono le piante più diffuse grazie alla presenza del fiore come organo della riproduzione sessuata e all’evoluzione di efficaci associazioni con gli animali impollinatori;

• Struttura del fiore
• Ciclo vitale
• Dispersione dei semi e diversi tipi di frutto
• Relazione tra animali impollinatori e fiori che essi impollinano

QUESTIONARIO PER L’ANALISI DELLE RAPPRESENTAZIONI
Il questionario verrà compilato in forma anonima, permettendo così allo studente di esternare liberamente le proprie misconcezioni sul nuovo argomento e le proprie competenze finora acquisite.

a. Quali sono, secondo te, le analogie che si possono riscontrare tra le piante e le alghe verdi?

b. In base alle tue conoscenze, quali adattamenti ritieni possano aver permesso alle piante la colonizzazione delle terre emerse?

c. Secondo te, quali sono le analogie tra il ciclo riproduttivo di una felce e quello di un pino?

d. Che cosa è un frutto e quali funzioni svolge?

POSSIBILI OSTACOLI
Verrà discusso in classe il risultato del questionario proposto al fine di chiarire i dubbi più frequenti rivelati dal test stesso e che potrebbero impedire il regolare svolgimento del programma.

I possibili ostacoli sono principalmente legati alla difficoltà che può incontrare lo studente nel comprendere i nuovi argomenti, previsti nel programma, utilizzando tutte le competenze già possedute dallo studente stesso.
Tale difficoltà, può essere determinata da misconcezioni, idee scorrettamente immagazzinate in precedenza dallo studente, il quale, assimilandole come “informazione certa”, fatica a tradurre le indicazioni in suo possesso a favore di una valida comprensione.
In particolare potrebbero sorgere problemi in relazione ad una scorretta o sommaria conoscenza delle piante e a non saper dedurre quali caratteri sono stati coinvolti nell’evoluzione delle stesse. Inoltre la conoscenza degli argomenti svolti precedentemente (vedi prerequisiti) è di fondamentale importanza per la comprensione di questa unità; una preparazione incompleta porterebbe quindi all’inevitabile impossibilità, da parte dello studente, di creare utili collegamenti intradisciplinari.

OBIETTIVI DIDATTICI

1. Caratteristiche comuni ad alghe verdi e piante

2. Struttura generale delle piante

3. I cicli vitali delle piante

4. Il successo delle angiosperme

STRATEGIE DIDATTICHE
Il programma verrà affrontato con una breve introduzione storica.
Si inizierà quindi a trattare i vari argomenti utilizzando sia lezioni frontali sia lezioni dialogate. Queste ultime verranno possibilmente effettuate come introduzione ad ogni punto descritto nei Concetti Strutturanti con l’intenzione di rivelare ulteriori misconcezioni e di costruire con gli studenti la struttura portante delle lezioni stesse.
Le esperienze di laboratorio (compresa l’uscita in campo) verranno inserite all’interno del programma teorico in modo da fornire un solido supporto alla comprensione dell’argomento con attività di problem solving. Tale approccio faciliterà l’assimilazione dei concetti considerati fino a quel momento e potrà suscitare l’interesse degli studenti affrontando, confortati dalle basi teoriche apprese, un test pratico che condurrà alla trattazione della parte finale di questa unità didattica ed al dibattito conclusivo.
Prima del termine di tale unità è prevista anche una “uscita in campo” atta a fissare i concetti enucleati durante le lezioni in aula e a stimolare lo “spirito d’osservazione” degli studenti con continui richiami, da parte del docente, alla teoria.

Verrà inoltre riproposto, sempre in forma anonima, il questionario iniziale con lo scopo di verificare l’efficacia del metodo seguito nella presentazione dell’unità didattica.

SVOLGIMENTO DEL PROGRAMMA

LEZIONE 1

Durata: 4 ore (2 ore di lezione + 2 ora di proiezione filmato).
Metodo: lezione dialogata e frontale e proiezione filmato in aula video; è previsto un richiamo degli argomenti trattati in precedenza ed un approfondimento degli stessi in modo da chiarire eventuali dubbi degli studenti e poter cosi affrontare la parte centrale del programma. Verrà proiettato un filmato sulla flora mediterranea.

In breve:

• Le piante sono organismi eucarioti pluricellulari fotosintetici. Hanno organi con funzioni di ancoraggio, assorbimento, supporto e fotosintesi.

• I gameti si formano all’interno di gametangi e si sviluppano in embrioni all’interno della pianta madre; le piante sono quindi definite embriofite. Le spore e i semi sono le strutture deputate alla dispersione delle piante.

• Le piante si sono evolute da un gruppo di alghe verdi, le caroficee. Una linea ha dato origine alle briofite, semplici piante prive di tessuti vascolari (tra cui muschi ed epatiche); l’altra ha dato origine alle piante vascolari, con tessuti conduttori, radici e fusti rigidi.

• Derivate dalle primitive piante vascolari sono le felci e i licopodi (piante vascolari senza semi) e le piante vascolari con semi. Il seme caratterizza le gimnosperme e le angiosperme, piante vascolari con granuli di polline che trasportano i gameti maschili e proteggono gli embrioni nei semi.

• Le gimnosperme (come i pini) sono piante a seme nudo; le angiosperme (piante con fiori) sviluppano i semi all’interno di un ovario in un frutto.

LEZIONE 2

Durata: 4 ore (2 ore di lezione + 2 ore di laboratorio di informatica).
Metodo: lezione dialogata e frontale ed utilizzo di simulazioni in laboratorio di informatica, problem solving; l’ausilio del computer permetterà agli studenti di meglio comprendere le differenze sostanziali nei cicli vitali nelle briofite e nelle piante vascolari con e senza seme, così da poter meglio evidenziare i punti chiave della diversificazione e della storia evolutiva delle piante. Il test interattivo con animazioni permetterà inoltre di suscitare interesse negli studenti.

In breve:

• Il ciclo vitale di tutte le piante comprende l’alternanza di generazioni aploide e diploide. Il gametofito (n) produce cellule uovo e cellule spermatiche per mitosi; i due tipi di gameti si fondono in uno zigote che si sviluppa nello sporofito diploide. Nello sporofito (2n) la meiosi produce spore aploidi che si sviluppano in nuovi gametofiti.

• I gametofiti dominano il ciclo vitale delle briofite. Essi producono cellule uovo e cellule spermatiche flagellate. Lo zigote resta sul sul gametofito e origina un piccolo sporofito.

• Lo sporofito domina il ciclo vitale delle pteridofite. Lo zigote resta sul piccolo gametofito dove si sviluppa in uno sporofito

• Un pino è uno sporofito, mentre microscopici gametofiti si sviluppano all’interno dei suoi coni. Nei coni maschili gli sporangi producono spore che si sviluppano in gametofiti maschili, i granuli pollinici; nei coni femminili gli sporangi producono gametofiti femminili. Lo zigote diventa un embrione di sporofito, l’ovulo diviene un seme , con riserve nutritive e un tegumento.

LEZIONE 3

Durata: 4 ore (2 ore di lezione + 2 ora di dibattito).
Metodo: lezione dialogata e frontale e dibattito conclusivo; il coinvolgimento diretto degli studenti nella discussione finale sarà finalizzato a fissare i concetti chiave relativi agli argomenti trattati e permetterà all’insegnante di constatare (prima della verifica finale) eventuali problemi di comprensione da parte degli studenti. Prima del dibattito conclusivo si effettuerà la gita al Parco del Monte Beigua; essa oltre alle finalità descritte di seguito servirà come “tema principale” della discussione finale.

In breve:

• Le angiosperme sono le piante con i fiori. I fiori sono formati da sepali (che racchiudono il bocciolo), petali (a funzione vessillare), stami (organi maschili) e carpelli (organi femminili)

• Un’angiosperma è uno sporofito contenente i gametofiti nel fiore. Il ciclo vitale delle angiosperme è simile a quello delle conifere; i semi sono protetti all’interno dei frutti.

• L’evoluzione dei fiori e dei frutti è stata parallela a quella delle interazioni tra le angiosperme e gli animali impollinatori.

COLLEGAMENTI INTRADISCIPLINARI
Per quanto riguarda la presente disciplina, tali concetti verranno utilizzati dallo studente per comprendere soprattutto le successive unità sulla struttura e le funzioni delle piante.

ESPERIENZE DI LABORATORIO

Utilizzo di software (aula di informatica):
 Animazioni che raffigurano i cicli vitali delle piante; in particolare i cicli relativi a:
• Briofite
• Piante vascolari senza semi (felce)
• Piante vascolari con semi:
 Gimnosperme
 Angiosperme

Con l’utilizzo di tale SW realizzato nel laboratorio di informatica dagli studenti del “Calvino” si potranno fissare i concetti base relativi alle differenze sostanziali nei cicli vitali delle suddette divisioni tassonomiche in modo da poter meglio evidenziare i punti chiave della diversificazione e della storia evolutiva delle piante.
Questo supporto prevede anche un percorso interattivo con test finale.

Proiezione filmato (aula video):
 Filmato sulla flora mediterranea. Tale supporto consiste in una rassegna di fotografie di specie vegetali tipiche del paesaggio ligure e più precisamente inerente al territorio del Parco Naturale Regionale del Monte Beigua.
Le particolari caratteristiche geomorfologiche, geografiche e microclimatiche di tale zona hanno determinato lo sviluppo di una grande varietà di specie vegetali; da quelle tipiche della flora mediterranea fino ad una vegetazione montana che si sviluppa anche oltre i 1000 metri di quota (faggeta del Passo del Faiallo e del Monte Beigua).
La proiezione di questo documentario fornirà un ulteriore apporto informativo al programma svolto e preparerà la classe all’uscita didattica all’interno del parco.

Uscita in campo:
 Gita alla scoperta del Parco Naturale Regionale del Monte Beigua. È previsto un percorso ad anello escursionistico il cui sviluppo permetterà l’osservazione e l’analisi paesaggistica di una zona particolarmente interessante dal punto di vista naturalistico. Durante il procedere all’interno del territorio del parco si potranno evidenziare i vari elementi naturali costituenti il paesaggio stesso, scendendo sempre più nel dettaglio fino a raggiungere l’individuazione delle fitocenosi e delle singole specie botaniche di maggior interesse. I collegamenti intradisciplinari (inerenti il programma già svolto sui Funghi e quello consecutivo sul Mondo Animale) diverranno così spontanei nell’avanzare verso la meta intermedia del Laione (interessante zona umida nei pressi del Monte Beigua). Tale “laboratorio all’aperto” va considerato fondamentale per finalizzare questa unità didattica; la conoscenza dei contenuti racchiusi in essa sono da ritenere particolarmente utili soprattutto al di fuori del contesto scolastico.

SCHEDA PER L’ESCURSIONE DIDATTICA

Oggetto: gita scolastica
Luogo: Parco Naturale Regionale del Monte Beigua
Durata: tutto il giorno
Partenza: ore 7,30 dal piazzale dell’I.T.I.S. “Italo Calvino”
Arrivo: previsto per le 18,30 circa al p.le dell’I.T.I.S. “Italo Calvino”

MATERIALI
 VHS sulla Flora del Parco
 CD con software interattivo realizzato dall’Istituto stesso

VERIFICA FINALE

1) Quale tra le seguenti non è una differenza tra le alghe e le piante?

 Le cellule delle piante possiedono una rigida parete di cellulosa che è assente nelle cellule delle alghe.
 Gli embrioni delle piante rimangono all’interno di speciali strutture protettive , quelli delle alghe no.
 Le alghe mancano di organi ben distinti, foglie, fusto e radici, che sono invece caratteristiche delle piante.
 Le piante possiedono una cuticola cerosa di protezione e le alghe no.

2) Per quale aspetto le briofite differiscono sia dalle felci sia delle angiosperme?

 Non producono fiori
 Possiedono gameti maschili flagellati
 Mancano dei tessuti vascolari
 Producono spore

3) Come avviene la fecondazione in una conifera?

 Il granulo pollinico nuota in una pellicola di acqua e produce il gamete che feconda la cellula uovo
 Il granulo pollinico trasportato dal vento feconda la cellula uovo
 Il granulo pollinico trasportato dal vento produce il gamete maschile che feconda la cellula uovo
 Il gamete maschile trasportato dal vento feconda la cellula uovo

4) Le angiosperme sono differenti da tutte le altre piante perché sono le uniche che possiedono

 un sistema vascolare
 una fase sporofitica dominante
 un ciclo vitale con alternanza di generazioni
 i fiori come organi riproduttori

5) Il frutto deriva dalla maturazione di una specifica parte della pianta: quale?

 Il seme
 Il granulo pollinico
 L’ovario
 Il germoglio