Liceo Classico-Scientifico statale Ariosto Spallanzani 15 Aprile 2019 - Mad for Science
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Liceo Classico-Scientifico statale
Ariosto Spallanzani
[15 Aprile 2019]
Chi siamo
Il liceo scientifico Spallanzani, primo nella classifica Eduscopio della Simone Pucci: anima artistica del team,
provincia di Reggio Emilia, rappresenta il punto di riferimento storico per pazzo per la scienza e per i fumetti.
tutti i ragazzi che desiderano una solida preparazione scientifica, un Suo il contributo fondamentale al rinnovo
ambiente serio e stimolante, un trampolino di lancio verso l’università. strumentale e artistico del biolaboratorio,
Dal 1997 accorpato al liceo Classico Ariosto mantiene salde le radici
della tradizione liceale e si lancia con passione verso il futuro per renderlo un luogo funzionale ed entusiasmante.
e l’innovazione. Tommaso Siligardi: appassionato di scienza,
Sono già avviati con successo il corso scientifico-informatico, il classico-
biomedico e l’opzione bilingue, mentre sono in progettazione il ogni sfida lui la coglie! Non manca mai alle gare EUSO,
potenziamento chimico-biologico e quello matematico-fisico. alle Olimpiadi della chimica e delle scienze naturali!
Il team che ha curato il progetto è costituito da ragazzi frequentanti le Ha coordinato la realizzazione di due esperienze
classi terze, selezionati su suggerimento dei dipartimento di scienze e mantenuto i contatti con l’azienda esterna.
e del personale interesse per le attività di laboratorio.
I ragazzi, a metà del percorso liceale, hanno già ottime competenze in Maria Chiara Benevelli: equilibrio e precisione.
ambito laboratoriale e buona autonomia per elaborare un progetto, Ogni compito è portato a termine in modo impeccabile.
inoltre hanno partecipato alle gare EUSO, sviluppando competenze in Ha curato l’elaborazione delle esperienze
chimica inorganica e organica. e coinvolto tanti studenti nell’elaborazione del progetto
Il team, coordinato dalla prof.ssa Eleonora Franchini, è composto dagli
studenti: Simone Pucci, Tommaso Siligardi, Maria Chiara Benevelli, Federico Pessina: scienza e comunicazione.
Federico Pessina, Tommaso Pagliani. perché l’esperienza di laboratorio non può vivere sul web?
Sua la realizzazione del sito,
insieme ai compagni appassionati di informatica.
Prof.ssa Eleonora Franchini: entusiasmo e tenacia.
Ogni giorno è stupore per le potenzialità racchiuse nei ragazzi, Tommaso Pagliani: concretezza e umiltà
ogni giorno è una sfida per coinvolgere chi è più in difficoltà. Non sempre la soluzione ai problemi è immediata,
La soddisfazione più grande? con l’umiltà di percorrere nuove strade si va lontano.
Crescere insieme mentre cresce il progetto. Sua l’elaborazione dell’esperienza
per la produzione del biogas
Il nostro progetto Il progetto proposto nasce dall’osservazione che, sempre più frequentemente nel nostro territorio, sono segnalati crescenti e preoccupanti livelli di inquinamento atmosferico. Il tema proposto dall’edizione Mad for Science non lascia dunque indifferenti e le esperienze sviluppate mirano a rendere gli studenti più consapevoli di questa tematica, perché solo da una conoscenza approfondita può nascere un cambiamento. Sono state sviluppate esperienze profondamente legate al territorio, si studiano infatti gli effetti dei maggiori inquinanti presenti in Emilia Romagna. Lo studio non si concentra su un unico aspetto, ma lungo i cinque anni di corso spazia dall’osservazione di effetti a livello atmosferico e delle acque, all’impatto sulla biodiversità vegetale e animale, per giungere all’analisi dei danni causati su diversi materiali. Le esperienze proposte sono state sviluppate con una particolare attenzione al percorso didattico proposto per ogni annualità, si caratterizzano per l’interdisciplinarietà particolarmente con la disciplina di Fisica, e permettono lo sviluppo di competenze trasversali, importanti anche nella preparazione del nuovo esame di stato che richiede un approccio multidisciplinare alla realtà. Gli studenti lungo il percorso acquisiranno crescenti capacità analitiche nei confronti dei fenomeni che li circondano, maggiore consapevolezza sugli effetti di singoli inquinanti su diversi target analizzati e competenze diversificate per numerose branche della biologia che approcceranno con l’utilizzo di nuovi strumenti. Il percorso proposto prevede infatti approfondimenti nelle esperienze di microbiologia, colture cellulari, analisi proteica e chimica dei campioni e questa panoramica ampia di tecniche e contenuti risulterà fortemente stimolante per lo studio della disciplina e per una riflessione in merito alle future opportunità di studio. L’esperienza finale, proposta nel quinto anno di corso, vuole essere uno spunto per la capacità creativa che caratterizza i ragazzi: partendo dall’analisi dei fanghi delle acque reflue del territorio viene realizzato un primo esempio di sfida all’inquinamento con la produzione di biogas. Il digestore anaerobico che si utilizza è un prototipo realizzato da una giovane start-up che ha ricevuto finanziamenti dall’agenda dell’ONU 2020 e vuole essere di stimolo per incentivare nei ragazzi il desiderio di sperimentare per migliorare il mondo che abitano.
Il nostro progetto Il progetto è stato condotto da un team di cinque ragazzi frequentanti la classe terza coordinati dalla prof. di scienze Eleonora Franchini. Il team ha inoltre coinvolto come partner nel progetto l’azienda Studio Alfa che da anni si occupa nel nostro territorio di monitoraggio di tipo ambientale, sia atmosferico che idrico. In particolare il team si è interfacciato con il dott. Ivan Panini, responsabile scientifico di Studio Alfa, che con la sua esperienza e lungimiranza ha permesso di ideare le esperienze 4 e 5. Abitualmente infatti l’azienda svolge analisi di resistenza dei materiali utilizzando camere a nebbia salina e coopera con IREN per la produzione di biogas dai fanghi delle acque reflue. Le due analisi sono quindi riproposte nel nostro progetto laboratoriale con le necessarie semplificazioni e accorgimenti, per ragioni di didattica, spazi e costi, ma in modo efficace per una corretta comprensione dei fenomeni analizzati. Dopo la prima fase di approvazione delle linee generali del progetto, il team ha coinvolto numerosi studenti nell’elaborazione delle esperienze e nella progettazione grafica e strutturale del nuovo biolaboratorio. La collaborazione estesa con altri studenti ha permesso di integrare le competenze e peculiarità di ciascuno per la realizzazione di un progetto curato e approfondito sotto ogni aspetto. Oltre allo sviluppo delle esperienze è stata data importanza anche alla progettazione strutturale e artistica del laboratorio, per renderlo sempre più un luogo appassionante e affascinante, in cui gli studenti imparino a lasciarsi stupire, interrogare e provocare dalla scienza che studiano. Per rendere l’esperienza laboratoriale sempre più fruibile e quotidiana è stato inoltre ideato un sito web nei quali docenti e studenti possano consultare i protocolli delle esperienze, il materiale bibliografico necessario per la comprensione e l’approfondimento e i protocolli di sicurezza. In questo modo anche la stesura della relazione di laboratorio non risulterà più una cronaca delle operazioni svolte, ma sarà una vera occasione di studio e approfondimento dei fenomeni osservati. Il sito proporrà inoltre ogni anno un contest di innovazione, nel quale singoli studenti o gruppi di amici potranno presentare nuovi progetti, app, videogiochi, esperienze innovative per incentivare uno sviluppo sostenibile. Questa proposta, che vuole accompagnare il percorso laboratoriale si configura come una piattaforma di scambio di idee che renda concretamente visibile le competenze acquisite e stimoli il desiderio di essere protagonisti di un cambiamento.
Le 5 esperienze didattiche
Ciclo dell’acqua e gas serra in un microambiente artificiale (classe prima)
• Obiettivo:
• Interdisciplinarietà
- Osservare il ciclo dell’acqua in un microambiente artificiale
Scienze della Terra: il ciclo dell’acqua e l’idrosfera, inquinamento
- Verificare l’effetto che i principali inquinanti atmosferici esercitano sulle piante
atmosferico e idrico
- Verificare che gli agenti inquinanti reagendo con l’acqua sviluppano composti acidi Chimica: basi fondamentali della chimica, H2O struttura e proprietà,
• Durata
pH, reazioni chimiche e bilanciamenti, come si generano i gas serra
Biologia: le piante
• Fase1: Lezione propedeutica-3h
Basi chimiche – struttura dell’H20, Idrosfera e Ciclo dell'acqua • Materiali di approfondimento
- Fase 2: Laboratorio 1h + osservazione long term per due settimane I materiali di approfondimento e I protocolli relative all’esperienza sono
consultabili in https://www.labnet.re.it/protocols e
- Fase 3: Lezione– 2h pH e reazioni chimiche
https://www.labnet.re.it/materials (esperimento 1)
- Fase 4: Laboratorio 1h
- osservazione long term ogni due giorni per due settimane
- Fase 5: Laboratorio –analisi risultati 1h
- Fase 6: Relazione di laboratorio 1h
Le 5 esperienze didattiche
Ciclo dell’acqua e gas serra in un microambiente artificiale (classe prima)
• Procedimento: • Osservazioni
Dopo le lezioni propedeutiche si accede alla fase laboratoriale dell’esperienza: la classe si suddivide - Vaporizzare una quantità minima di zolfo,
in gruppi di lavoro per l’allestimento delle serre. per evitare eccessivi danni al microsistema
Viene disposto il terreno, seminati I semi di piante erbacee e fagioli e riempiti I canaletti della serra di - Nella reazione per lo sviluppo di NO2 è necessario chiudere velocemente
acqua. La serra viene chiusa ponendo il ghiaccio nell’intercapedine coibentata del coperchio. la seconda entrata del pallone dopo aver inserito le sostanze, per evitare
Nelle seguenti due settimane, mentre le lezioni proseguono con la spiegazione di pH, reazioni la dispersione del gas
chimiche e inquinamento, si osserva la formazione del ciclo dell’acqua e la crescita della biosfera
nel microambiente. - Come indicatore di pH è meglio evitare quello universale perché molto
sensibile, preferire BTB, Metilarancio o Fenolftaleina
Una volta che si è ottenuta una stabilità nel microambiente si procede all’aggiunta degli inquinanti.
La serra viene collegata con un tubo ad un pallone a doppia entrata dopo vengono fatte avvenire le - Controllare il mantenimento del ghiaccio e sostituirlo per consentire il
reazioni necessarie, nel caso di reazioni di combustione è sufficiente porre il Pallone su un Bunsen. processo di condensazione e il mantenimento del ciclo dell’acqua. Nel
Gli inquinanti prodotti sono caso ciò non sia sufficiente, almeno nella prima fase, si può irrigare
SO2: dalla combustione di zolfo nel pallone che a contatto con l’acqua della serra formerà H2SO3 aprendo i canaletti.
NO2: da Cu + 4HNO3 → Cu(No3)2 + 2NO2↑ + 2H2O), [HNO3] nella soluzione = 65%
CO2: dalla combustione di fiammiferi
L’apertura a cui è connesso il tubo è stata disegnata in modo che sia richiudibile, in questo modo si
ha la minore dispersione di gas possiblie.
Nell’acqua della serra viene aggiunto un indicatore di pH che segnalerà le variazioni di pH dovute
all’effetto di acidificazione dell’ambiente provocato dagli inquinanti
Durante la fase finale si osserveranno dunque le variazioni di pH e i cambiamenti a livello della
biosfera che mimeranno ciò che quotidianamente avviene in natura.
Le 5 esperienze didattiche
Effetti dell’inquinamento delle acque sulla biodiversità vegetale (classe seconda)
• Obiettivo: • Interdisciplinarietà
• Analisi delle acque per la concentrazione di inquinanti
• Osservazione degli effetti dell’inquinamento idrico sulla biodiversità Biologia: crescita e sviluppo di lenticchie d’acqua e cianobatteri
• identificazione di Lemna Minor come specie fitodepuratrice Chimica e Fisica: spettrofotometria, assorbanza e curva di taratura
• Durata
• Osservazioni
• Fase1: Lezione propedeutica-3h
• I contenitori devono rimanere esposti alla luce del sole per
- Fase 2: Laboratorio 1h: curva di taratura, analisi spettrofotometrica della permettere la fotosintesi
concentrazione di inquinanti nelle acque, inserimento piante • Nel caso delle lenticchie d’acqua ci si aspetta una purificazione
- Fase 3 controllo settimanale della crescita e sviluppo delle piante 1h dell’acqua perché questa pianta agisce come fitodepuratore naturale
• I microrganismi e le sostanze disciolte nell’acqua prelevata nel
- Fase 4 Laboratorio 1h; controllo finale al microscopio delle piante (o sezione) torrente possono riscontrare variazioni in base a condizioni
e analisi spettrofotometrica delle acque atmosferiche e stagione
- Fase 5: considerazioni e relazione finale 1h
• Materiali di approfondimento
I materiali di approfondimento e I protocolli relative all’esperienza sono consultabili
in https://www.labnet.re.it/protocols e https://www.labnet.re.it/materials
(esperimento 2)
Le 5 esperienze didattiche
Effetti dell’inquinamento delle acque sulla biodiversità vegetale (classe seconda)
• Procedimento:
Dopo le lezioni propedeutiche, in cui vengono illustrate le basi teoriche necessarie alla comprensione
dell’esperienza, si procede all’analisi del campione di acqua prelevato dal torrente Crostolo (fiume
cittadino che attraversa la città di Reggio Emilia).
L’analisi delle acque (effettuata in gruppi di lavoro) prevede
• osservazione al microscopio per la presenza di eventuali microorganismi
• valutazione della presenza di inquinanti attraverso la tecnica di spettrofotometria. Ogni gruppo
costruirà la propria retta di taratura con campioni a concentrazione nota precedentemente preparati
dal tecnico.
Dopo aver elaborato una scheda riassuntiva delle caratteristiche del campione di acqua ad ogni gruppo
viene assegnato un inquinante: nitrato di rame, nitrato di piombo, solfato di sodio e ammoniaca.
Aggiunta degli inquinanti:
Ogni gruppo ha a disposizione due contenitori con l’acqua campione e quattro contenitori nei quali
aggiungere l’inquinante assegnato a due concentrazioni diverse. L’esperimento viene ripetuto in doppio
(secondo lo schema riportato) per due diversi tipi di piante: Lemna Minor e Cianobatteri.
Prima di seminare le piante si aggiunge un indicatore di pH per il monitoraggio di eventuali variazioni
nell’acidità.
Controllo settimanale: Ogni gruppo costruisce una tabella per monitorare crescita e sviluppo delle
piante nelle diverse condizioni e osservare eventuali variazioni del pH
Conclusioni: Al termine del periodo stabilito si effettuano analisi al microscopio (eventualmente con
sezioni delle piante) per valutare lo stato delle piante e spettrofotometriche per osservare la variazione
della concentrazione di inquinanti inizialmente presenti.
Le 5 esperienze didattiche
RTG-2 linea cellulare di pesce come modello di ecotossicità (classe terza)
• Obiettivo: • Interdisciplinarietà
- Fornire agli studenti conoscenze di base sulle GCCP Scienze della terra: inquinamento idrico e biologia degli esseri viventi
- Valutare la tossicità delle sostanze chimiche, utilizzando come modello citotossico la Chimica: pH e concentrazioni
linea cellulare stabilizzata di pesce RTG2 (Rainbow Trout Gonad)
Biologia: cellula eucariote,
• Durata struttura e caratteristiche, GCCP,
microscopia ottica e a fluorescenza
• Fase1: lezioni propedeutiche (6h) Cellula eucariote, struttura e caratteristiche
Inquinanti dell’acqua, principi fondamentali delle Good Clinical Culture Practice
(GCCP) e delle metodiche di coltura cellulare, cellule RTG-2 come modello
• Osservazioni
citotossico, richiamo ai principi di ottica e fluorescenza
• Fase 2: Laboratorio (1h) scongelamento cellule RTG-2 e piastramento, - Le colture cellulari saranno maneggiate da personale competente per garantire
osservazioni al microscopio un adeguato standard di sicurezza. Per questo motivo sarà il tecnico o il
docente che si occuperà di tutte le fasi in cui la coltura deve essere manipolata
- Fase 3: Laboratorio (1h) Subcoltura delle cellule, conta e colorazione May sotto cappa e con una telecamera sarà ripreso durante le manipolazioni.
Grunwald Giemsa, allestimento piastre per inquinanti In questo modo i ragazzi, oltre ad acquisire le conoscenze basilari delle
metodiche di coltura potranno osservare attentamente le modalità di azione che
- Fase 4: Laboratorio (1h) Analisi dei diversi campioni cellulari trattati con
vengono messe in atto per evitare contaminazioni.
inquinanti. Colorazione Trypan Blue e osservazione al microscopio, DAPI+PI e
Gli esperimenti di colorazione con Giemsa o con i reagenti per valutare la
osservazione fluorescenza
tossicità saranno invece interamente svolti dagli studenti.
- Fase 5: analisi risultati e relazione finale (1h)
- Data la facilità di contaminazione è fondamentale mantenere l’area di
• Materiali di approfondimento coltivazione delle cellule (in particolare la cappa a flusso laminare)
scrupolosamente pulita con prodotti appositi.
I materiali di approfondimento e I protocolli relative all’esperienza sono consultabili in
- Aliquotare FBS in stock di piccoli volumi in modo
https://www.labnet.re.it/protocols e https://www.labnet.re.it/materials (esperimento 3) da scongelare solo la quantità necessaria all’uso.
Le 5 esperienze didattiche
• Procedimento RTG-2 linea cellulare di pesce come modello di ecotossicità (terze)
Dopo le lezioni propedeutiche che affrontano I temi descritti precedentemente, si procede all’illustrazione dell’esperimento e all’attività di laboratorio.
Le cellule vengono scongelate seguendo il protocollo descritto nel manuale delle tecniche di coltura per RTG-2 e piastrata. Gli studenti osservano al microscopio e
annotano morfologia, caratteristiche, numero di cellule, efficienza di scongelamento.
Una volta che le cellule sono cresciute si può procedure ad una subcoltura. Per ogni passaggio di subcoltura vanno annotate I parametri citati nelle apposite tabelle e si
effettua una colorazione Giemsa per osservare la morfologia cellulare e la formazione di colonie.
Vengono dunque allestite le piastre per il trattamento di inquinanti:
• Una 6well di backup del campione controllo (ctl)
• una 12 well per le osservazioni al microscopio e le valutazioni morfologiche
• una 12 well per la colorazione con Trypan blu
• e una 24 well con vetrini per colorazione fluorescenza DAPI + PI
La crescita cellulare viene monitorata e quando la coltura raggiunge il 50%
di confluenza si procede alla rimozione di FBS (il siero inibisce o modula l’effetto degli
inquinanti) e all’aggiunta di inquinanti (gli stessi dell’esperienza precedente)
in due concentrazioni (bassa e alta):
• Nitrato di rame
• Nitrato di Piombo
• Solfato di sodio
• Ammoniaca
Il giorno seguente si procede all’analisi dei diversi campioni con I seguenti test:
- Colorazione con Trypan Blue: il colorante è in grado di colorare selettivamente le cellule morte. In questo modo con un’osservazione al microscopio ottico si potrà
valutare la tossicità dei diversi inquinanti
- Colorazione DAPI + Propidio Ioduro: questo protocollo combina un colorante fluorescente membrana permeabile (SYTO9 e 4 ',6-diamidino-2-phenylindole [DAPI]), che
colora tutti i nuclei cellulari, con uno membrana impermeabile fluorescente (propidio ioduro), riconosce solo le cellule non vitali.
La colorazione permette quindi di valutare la citotossicità in modo preciso e approfondire le metodiche di colorazione a fluorescenza.Le 5 esperienze didattiche
Resistenza dei materiali agli inquinanti (classe quarta)
• Obiettivo: • Interdisciplinarietà
- Riprodurre l’effetto degli inquinanti atmosferici sui materiali Scienze della Terra: atmosfera e inquinamento atmosferico
- Verificare i cambiamenti macroscopici e di funzionalità con test combinati di Chimica: reazioni chimiche e bilanciamento, corrosione chimica
chimica e fisica
Fisica: Densità, spinta di Archimede e galleggiamento, Elettricità: Leggi di Ohm
• Durata e grandezze collegate (Intensità di corrente, resistenza e resistività, differenza
• Fase1: Lezione propedeutica-4h di potenziale, conducibilità elettrica). Calorimetria: concetto di calore e
• Fase 2: Laboratorio 1h Spiegazione esperimento e funzionamento della temperatura, calore specifico, capacità termica.
camera a nebbia salina, inserimento dei campioni nello strumento
• Fase 3 Laboratorio 1h Analisi macro e microscopica dei materiali testati, • Osservazioni
test sulla misura della densità
- L’esperienza prevede argomenti di Chimica e Fisica, entrambe materie di
• Fase 4 Laboratorio 1h Test su resistenza, resistività e conducibilità elettrica,
test sulla capacità termica indirizzo, si figura quindi particolarmente indicata per la preparazione
• Fase 5 Lezione Analisi dei dati ottenuti, considerazioni e relazione finale all’esame di stato in cui è richiesto lo sviluppo di competenze trasversali e la
capacità di collegamento tra diverse discipline. Si consiglia di effettuarla con
• Materiali di approfondimento la compresenza dei docenti delle due materie.
- Nel testare la capacità termica si utilizzerà un calorimetro, per considerare
I materiali di approfondimento e I protocolli relative all’esperienza sono
l’eventuale dispersione dello strumento si consiglia di effettuare sempre una
consultabili in https://www.labnet.re.it/protocols e
taratura prima di effettuare le analisi, si assumerà quindi che nel calorimetro
https://www.labnet.re.it/materials (esperimento 4)
sia sempre presente una massa d’acqua
calcolandone il valore.Le 5 esperienze didattiche
Resistenza dei materiali agli inquinanti (classe quarta)
• Procedimento:
Si inseriscono i materiali nella camera a nebbia salina simulando la vita reale del materiale e si lascia agire per il tempo previsto dai test.
Al termine del test si effettua un’analisi qualitativa e quantitativa dei danni subiti, verificando il più resistente.
Le valutazioni sui materiali vengono svolte a gruppi e prevedono un’osservazione al microscopio per valutare eventuali danni macro e microscopici sulla superficie del
materiale ed alcune analisi fisiche per verificare il mantenimento o la perdita di funzionalità in seguito all’invecchiamento accelerato. Per ogni test vengono confrontati un
campione di materiale integro ed uno sottoposto a invecchiamento accellerato con esposizione a inquinanti atmosferici.
TEST FISICI: densità, resistenza, resistività, conducibilità elettrica e capacità termica.
Test sulla misura della densita’
Si pesa il materiale danneggiato e quello integro e si misura il volume immergendoli dell’acqua e si calcolano le due densità.
Test su resistenza, resistivita’, conducibilita’ elettrica
Dopo aver costruito il circuito in figura, si registrano i valori di intensità di corrente (I) e differenza di potenziale (V).
Data la lunghezza del filo e la sezione trasversale si calcola la resistività con la seconda legge di Ohm e la conducibilità elettrica.
Test sulla capacita’ termica (misurata a partire dal calore specifico)
Dopo aver proceduto con la taratura del calorimetro ogni materiale viene testato per il suo calore specifico seguendo il protocollo sperimentale
e la capacità termica viene calcolata come prodotto tra il calore specifico e la massa del materiale in esame.
Una volta svolte le analisi chimiche e fisiche la classe si confronterà sui dati ottenuti costruendo una tabella di resistenza ai materiali
e confrontandola con i dati presenti on line per verificare l’attendibilità dei risultati ottenuti.Le 5 esperienze didattiche
Dall’analisi dei fanghi alla produzione di biogas (classe quinta)
• Obiettivo: • Interdisciplinarietà
Scienze della terra: acque reflue, inquinamento delle acque
- Analisi dei fanghi per la concentrazione di inquinanti Chimica: stati della materia, gas, combustione, digestione fanghi
- Identificazione con tecniche microbiologiche dei microrganismi contenuti nei fanghi Biologia: cellule procarioti e microbiologia
Fisica: termodinamica, spettrofotometria e assorbanza
- Digestione anaerobica e produzione di biogas
• Osservazioni
• Durata
- Il fango deve essere consegnato per le analisi già filtrato in modo che ne sia
• Fase1: lezioni propedeutiche 8h dimuinuita la viscosità e la digestione avvenga con maggiore facilità
- La composizione del fango può variare a seconda dei campioni e delle zone
• Fae 2 laboratorio 1h: spettrofotometria di prelievo, prestare attenzione al rischio di malattie con batteri patogeni
- L’incubatore a 37 gradi per la crescita dei batteri deve essere dedicato e la
• Fase 3 laboratorio 1h: semina batteri
zona mantenuta il più possibile pulita per evitare contaminazioni
• Fase 4 laboratorio 1h: isolamento singola colonia - test catalasi, ossidasi, - Il tempo di digestione varia perchè il digestore ha una sua tempistica di
colorazione gram e osservazione al microscopio + caricamento digestore attivazione, è quindi conveniente che venga attivato in precedenza in modo
che sia già al massimo della sua funzionalità nel momento dell’esperimento
• Fase 5 laboratorio 1h: verifica produzione biogas e considerazioni - è consigliabile svolgere l’esperimento durante la bella stagione perchè la
digestione avviene in maniera più efficiente quando la temperatura si
• Fase 6 relazione finale 1h mantiene stabilmente sopra i 20 gradi
- il digestore deve essere collocato in una zona esterna adiacente al
laboratorio seguendo le indicazioni della ditta produttrice
• Materiali di approfondimento
RISCHI / PERICOLI
• I materiali di approfondimento e I protocolli relative all’esperienza sono consultabili R: incendio / Esplosione CH4 Area ventilata (rischio: ASFISSIA)
P: NO scintille/fiamme. NO telefoni cellulari (elettricità statica)
in https://www.labnet.re.it/protocols e https://www.labnet.re.it/materials
P: NO CONTATTO con fango
(esperimento 5) R: Malattie con Batteri Patogeni:
Escherichia coli, Salmonella,Le 5 esperienze didattiche
Dall’analisi dei fanghi alla produzione di biogas (classe quinta)
• Procedimento:
Dopo le lezioni propedeutiche con le quali sono stati posti i prerequisiti per una corretta comprensione dell’esperimento, si procede
al prelievo dei fanghi. La procedura verrà attuata in collaborazione con Studio Alfa (azienda partner nell’elaborazione del progetto ed affiliata a IREN).
I fanghi vengono dunque analizzati per la concentrazione di inquinanti e per la componente microbiologica presente
- Analisi spettrofotometrica per la ricerca di inquinanti:
La classe divisa a gruppi ricerca la concentrazione di Nitrati, Nitriti, Solfati, Fosfati e cloruri in un campione diluito di fango. Per farlo ogni gruppo costruirà la sua retta
di taratura con campioni a concentrazione nota. Il tecnico ha precedentemente testato qual è la diluizione ottimale per ottenere un’assorbanza quanto più reale
possibile
- Identificazione della componente microbiologica
La classe viene divisa a gruppi ed ogni gruppo semina il campione su tre tipi diversi di terreno.
• Hektoen Enteric Agar: terreno differenziale e selettivo per l’isolamento di Salmonella e Shigella
• Mac Conkey Agar: isolamento di Coliformi e Enterobatteri (E.Coli, Klebisella, Shigella, Salmonella)
• Mannitol Salt Agar: utilizzato per isolare e selezionare Stafilococchi e Streptococchi
Le piastre vengono dunque riposte nell’incubatore a 37° e una volta che le colonie sono cresciute si procede all’ osservazione visiva delle colonie, all’allestimento di
un preparato al microscopio e a test enzimatici. Con l’osservazione è possibile descrivere le colonie in base a morfologia, colore, dimensioni, margini ed eventuali
variazioni del substrato. Il preparato microscopico permetterà inoltre di studiare la forma delle singole cellule e identificare la famiglia di batteri formanti la colonia.
L’identificazione dei microorganismi è supportata anche dalla colorazione di Gram e dai test per la presenza di catalasi e ossidasi.
Una volta costruita una tabella riassuntiva delle specie microbiche presenti, si procede al caricamento del digestore anaerobico (già allestito e avviato come indicato
nelle osservazioni) e si attende il processo digestivo.
Quando la digestione ad opera dei batteri anaerobi sarà terminata si verifica la produzione di biogas con l’accensione del fornello collegato all’impiantoIl biolaboratorio – Come funziona
Il nuovo biolaboratorio è stato progettato come luogo in cui possa essere coniugata in modo efficace la lezione tradizionale con l’esperienza laboratoriale.
I due luoghi non sono più distinti, ma vicendevolmente si «contaminano» positivamente.
A questo scopo la zona anteriore del laboratorio è allestita con banchi trapezoidali, dove gli studenti possono seguire agevolmente la lezione, e che possono essere uniti a formare
isole di lavoro, per i momenti di confronto sui dati ottenuti, per elaborare lavori di gruppo e per la stesura della relazione finale che diventa così un momento peculiare dell’attività
didattica per la comprensione delle basi teoriche che sempre sostengono la riuscita di un esperimento.
La lavagna interattiva multimediale (LIM) permetterà di affrontare lo studio delle scienze in modo dinamico e avvalendosi dei tanti strumenti disponibili sul web.
Le pareti del biolaboratorio saranno arricchite con stampe, prodotte dagli studenti durante l’elaborazione del progetto, che raffigurano alcuni argomenti peculiari dello studio delle
scienze nel quinquennio liceale.
I nuovi «grandi strumenti» pensati per la realizzazione delle esperienze proposte, ma utilizzabili in modo trasversale per l’approfondimento di diverse aree scientifiche, sono
raggruppati in zone di lavoro, in modo che la loro funzione sia chiara e intuitiva:
• Zona per le colture cellulari: cappa a flusso laminare, incubatore per le cellule, centrifughe (una per coppia di banchi), frigo e microscopio invertito
• Zona per microbiologia: incubatore per batteri, termostato e forno a microonde (per la preparazione dei terreni con agar)
• Zona per microscopia: ogni bancone verrà dotato di una coppia di microscopi trinoculari e a questi sarà affiancato un tavolo di lavoro con microscopio a fluorescenza e microscopio
invertito, per visuaiizzare le cellule RTG-2 (esperimento3) nelle diverse colorazioni previste
• Zona strumentazione speciale: il bancone generalmente utilizzato dal tecnico e dal professore per guidare i ragazzi nello svolgimento delle esperienze sarà dotato di
spettrofotometro (esperienza 2-4-5) e della camera per le prove a nebbia salina (esperienza 4)
Il biolaboratorio è inoltre dotato di una zona separata utile per lo stoccaggio del materiale (armadi per i reagenti, ultracongelatore, scaffale per i microambienti in plastica) e per alcuni
strumenti generali di supporto quali: distillatore acqua, lavastoviglie, autoclave, macchina del ghiaccio e contenitore con azoto liquido per la conservazione delle cellule.
Nella zona esterna, adiacente al laboratorio sarà invece collocato il digestore anaerobico.
La disposizione degli strumenti sopra elencati può essere apprezzata visualizzando il render 3D del nuovo biolaboratorio allegato nel progetto grafico.
Di seguito proponiamo una topview del nuovo laboratorio e illustriamo schematicamente le attrezzature necessarie per ciascuna esperienza.Il biolaboratorio – Come funziona Zona Didattica
Zona Colture Cellulari
Zona Stoccaggio materiale Zona Microbiologia Zona Strumenti speciali Zona Microscopia
e strumenti di supportoIl biolaboratorio – Come funziona
ESPERIENZA 1 ESPERIENZA 3 ESPERIENZA 4 ESPERIENZA 5
• Serra • autoclave • Camera a nebbia salina • spettrofotometro
• Pallone a doppia entrata • bagnetto a 37C • Bilancia • incubatore per microbiologia
• Macchina del ghiaccio • centrifuga • generatore di corrente, • bagnetto termostatico
• cappa a flusso laminare • cavetti di collegamento, • forno microonde
• incubatore a temperatura • multimetri elettrici digitali • digestore HomeBiogas 2.0
controllata • Calorimetro
• frigorifero e congelatore • Termometro
ESPERIENZA 2 • ultracongelatore -80C • Fornelletto elettrico
• Contenitore per azoto liquido
• Spettrofotometro • Microscopio invertito
• Microscopio • Microscopio a fluorescenza
• Linea cellulare RTG2Il biolaboratorio – I materiali di consumo
ESPERIENZA 1 ESPERIENZA 3 ESPERIENZA 4
• Semi di piante • Beute • 2 cilindri di ⊘= 4 cm, h=10 cm di diversi materiali
erbacee/fagioli • Becher ( alluminio, piombo, ottone, ferro , plastica)
• Torba • Bottiglie in vetro • Legno – Qualche bastoncino
• H2O • Supporti in plastica per l’allestimento della coltura • Compensato- 2 parallelepipedi
• Zolfo (Petri dish, flask 75, 35, 6well, 12well, 24 well) con a= 5 cm, b=6 cm, c= 10 cm
• Fili di rame • Micropipette a volume variabile • Resistenze elettriche - 2 per ogni materiali
• Soluzione di HNO3 65% • Puntali (stantana, ferro, rame, lega nickel-cromo)
• Fiammiferi • Pipette in plastica sterile monouso • Becher di vetro
• Indicatore di pH • Pipett aid • Cilindro graduato
• Camera di conta Neubauer
• Falcon 50ml e 15ml
• Filtri 0,22mm
ESPERIENZA 2 • Eppendorf ESPERIENZA 5
• Eppendorf per criogenia
• Bisturi • Medium di coltura • Fanghi filtrati
• Contenitori di plastica • Tripsina/EDTA per il distacco delle cellule • piastre di petri
• Acqua campione • DMSO per il congelamento delle cellule • anse da batteriologia
• Nitrato di rame • Vetrini portaoggetto e coprioggetto • Terreni in polvere
• Nitrato di piombo • Giemsa-alcool metilico-Eukitt • reattivi per test enzimatici
• Solfato di sodio • Propidio Ioduro • Reagenti colorazione di Gram
• Ammoniaca • DAPI • cuvette
• Lenticchie d’acqua • Inquinanti: Solfato di sodio, nitrato di rame, • guanti
• Cianobatteri nitrato di piombo, ammoniaca
• Indicatore di pHI costi
Ringraziamenti
I ragazzi che hanno collaborato al progetto Grazie a Ivan Panini,
Grazie a: in visita alla Triennale di Milano - Broken Nature responsabile scientifico di Studio Alfa,
per la collaborazione nell’elaborazione
Ferrari Silvia delle esperienze 4 e 5
Saccani Laura
Vergalllo Francesca
Esposito Angelica
Ciobanu Jasmina
Gozzi Samuele
Mazzali Martina
Barbieri Ludovica
Dall'olio Luca
Gualdi Pietro
Secchi Francesca
Colli Luca
Severi Roberto
Boggi Francesco
Palmieri Luca
Zanichelli Stella
D'Ippolito Eleonora
Azzali Alessandro
Alex Foderaro
Burani Beatrice
Lonardoni Matteo
Incerti Edoardo
Benevelli Riccardo
Boracchini Emma
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