UDA: energia sostenibile e transizione energetica

Contesto classe

Questa Unità di Apprendimento è pensata per una classe terza della scuola secondaria di primo grado, nel modulo dedicato alla produzione di energia e ai settori produttivi. Si consiglia di coordinarsi con il docente di Scienze, dove il tema dell’energia e dell’effetto serra trova sviluppo parallelo. Serve un’aula con LIM o proiettore e almeno alcuni dispositivi condivisi a gruppi per ricerche in rete e produzione digitale.

Il tema parte da esperienze quotidiane — la luce che si accende, il riscaldamento di casa, la bolletta — e arriva a un nodo civico urgente: le fonti fossili sono non rinnovabili, inquinanti e concentrate in poche aree del mondo; la transizione verso le rinnovabili è già in corso ma lenta. I ragazzi, come osserva la guida Upgrade di Pearson, “sono più al corrente di quanto non si possa immaginare rispetto a questi temi e osservano i cambiamenti con grande attenzione”: pale eoliche, pannelli fotovoltaici e impianti di biogas sono già segni tangibili nei loro territori.

Problema di partenza

Ogni volta che accendiamo una luce, ricarichiamo il telefono o scaldiamo casa consumiamo energia. La maggior parte di questa energia viene ancora prodotta bruciando combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale): fonti non rinnovabili, la cui riserva è destinata a esaurirsi, e il cui utilizzo libera CO₂ nell’atmosfera, accentuando l’effetto serra e il riscaldamento globale. Nel 2021 le emissioni di CO₂ legate al settore energetico hanno raggiunto il massimo storico di 36,3 miliardi di tonnellate, nonostante la crescita delle rinnovabili.

Le fonti rinnovabili (Sole, vento, acqua, calore della Terra, biomasse) non si esauriscono e sono fonti pulite: la loro riserva è quasi infinita o può essere ricostituita in tempi brevi. In Italia, nel 2021, le energie rinnovabili hanno coperto il 36,4% della domanda di energia elettrica; l’energia idroelettrica ne produce circa il 12%, il fotovoltaico circa il 9%, e l’eolico è in progressiva crescita.

La sfida della transizione energetica è passare progressivamente dalle fonti fossili alle rinnovabili, riducendo allo stesso tempo gli sprechi attraverso l’efficienza energetica.

La domanda guida dell’UDA è: come possiamo produrre e usare l’energia in modo più sostenibile, scegliendo le fonti più adatte a un territorio e riducendo gli sprechi nella vita quotidiana?

Competenze attese

• Distinguere fonti energetiche primarie e secondarie, rinnovabili e non rinnovabili, e spiegare perché i combustibili fossili sono destinati a esaurirsi.
• Descrivere il principio di funzionamento delle principali centrali (termoelettrica, idroelettrica, solare, eolica, geotermica, a biomasse, nucleare), riconoscendo lo schema comune sorgente → turbina → alternatore → trasformatore → rete.
• Confrontare le fonti energetiche in termini di impatto ambientale, disponibilità territoriale, costo e continuità della produzione.
• Collegare consumo di combustibili fossili, emissioni di CO₂, effetto serra e riscaldamento globale; individuare comportamenti di risparmio energetico ed efficienza applicabili nella vita quotidiana.
• Collaborare in gruppo, ricercare informazioni, progettare un artefatto e comunicare i risultati a un pubblico non esperto. (proposta progettuale)

Obiettivi di apprendimento

Al termine dell’UDA lo studente è in grado di:

• definire una fonte di energia e distinguere fonti primarie (esistenti in natura: petrolio, carbone, gas, uranio, legna, Sole, vento, maree, energia geotermica, biomasse) e fonti secondarie (ottenute dalla trasformazione delle primarie: benzina, gasolio, elettricità, idrogeno);
• distinguere fonti inquinanti (carbone fossile, petrolio, gas naturale) e fonti pulite (Sole, vento, calore terrestre, moto ondoso, movimento dell’acqua);
• spiegare che cosa sono i combustibili fossili, come si sono formati e perché sono fonti non rinnovabili e inquinanti;
• descrivere il funzionamento della centrale idroelettrica e le principali tipologie (a salto, a pompaggio, ad acqua fluente, a marea);
• spiegare come si ricava energia dal Sole distinguendo pannelli solari termici, centrali solari e celle fotovoltaiche;
• descrivere il funzionamento di un aerogeneratore e distinguere parchi eolici on-shore e off-shore;
• spiegare come si sfrutta l’energia geotermica e l’energia dalle biomasse (legna, pellet, cippato, biogas, biodiesel);
• illustrare a grandi linee il principio della fissione nucleare e i principali rischi associati (scorie radioattive);
• riconoscere lo schema comune a quasi tutte le centrali: una fonte mette in moto una turbina, la turbina aziona un alternatore che produce corrente, poi inviata al trasformatore e alla rete;
• spiegare il legame tra uso dei combustibili fossili, emissioni di CO₂, effetto serra e riscaldamento globale;
• indicare comportamenti concreti di risparmio energetico ed efficienza (es. lampadine LED, spegnere i dispositivi, case più efficienti).

Prerequisiti

• Concetto di energia come capacità di compiere un lavoro; principali forme di energia (chimica, termica, meccanica, elettrica) e idea di trasformazione tra forme diverse.
• Conoscenza di base delle risorse naturali: cosa si intende per risorsa rinnovabile e non rinnovabile.
• Uso essenziale di dispositivi per ricerche in rete e consultazione di mappe online. (proposta progettuale)

Fasi operative

L’UDA è articolata in cinque fasi, indicativamente 10-12 ore. (scansione oraria: proposta progettuale)

Fase 1 — Da dove viene l’energia? Fonti rinnovabili e non (2 ore). Si parte dalla domanda “che cosa accade quando accendo la luce?“. Brainstorming sulle forme e le fonti di energia: la guida Upgrade consiglia di stimolarlo con immagini di pale eoliche, centrali fotovoltaiche a terra, impianti di biogas, verbalizzando i concetti principali e cercando prime definizioni intuitive delle grandezze in gioco. Si introduce la distinzione tra fonti primarie e secondarie, rinnovabili e non rinnovabili, e si presentano i combustibili fossili come fonti non rinnovabili e inquinanti. Attività: ogni gruppo completa una mappa/schema delle fonti di energia.

Fase 2 — Le centrali e lo schema comune (3 ore). Si studiano le principali centrali con il loro schema di funzionamento: termoelettrica, idroelettrica (a salto, a pompaggio, ad acqua fluente, a marea), solare (termico, fotovoltaico, a torre), eolica (aerogeneratori on-shore e off-shore), geotermica, biomasse, nucleare. Si fa emergere lo schema comune: fonte → turbina → alternatore → trasformatore → rete. Ogni gruppo si specializza su una tipologia di centrale, la legge e la schematizza. La guida Upgrade suggerisce di costruire in parallelo un piano inclinato e usare un bollitore o un fornello elettrico per intuire concretamente le leggi della termodinamica.

Fase 3 — Pro e contro: il confronto tra fonti (2 ore). Ogni gruppo individua vantaggi e svantaggi della propria fonte (impatto ambientale, costo, disponibilità sul territorio, continuità della produzione). Si costruisce insieme una tabella di confronto delle fonti. Si collega il consumo di fossili all’effetto serra, alle emissioni di CO₂ e all’impronta di carbonio. (tabella di confronto: proposta progettuale)

Fase 4 — I “luoghi dell’energia” del territorio: compito di realtà (3 ore). Ispirandosi all’approccio proposto dalla guida Upgrade, ogni gruppo individua e cataloga i “luoghi dell’energia” presenti nel territorio in cui vivono i ragazzi (dighe, centrali elettriche, installazioni fotovoltaiche, parchi eolici), li descrive e li posiziona su una mappa. Si costruisce un modellino / diorama della propria centrale con materiali di recupero, corredato da uno schema esplicativo pensato per un pubblico non esperto. (formato diorama: proposta progettuale)

Fase 5 — Un mix energetico sostenibile + risparmio (1-2 ore). Ogni gruppo, partendo dalle caratteristiche del proprio territorio, propone un mix energetico sostenibile motivato e una lista di azioni di risparmio energetico per scuola e casa: costruire case più efficienti, sostituire le lampadine alogene con LED, spegnere i dispositivi elettronici e non lasciare il cellulare alla corrente a carica completata. Il Green-book segnala anche le comunità energetiche come esempio di condivisione locale dell’energia autoprodotta. Esposizione finale della mostra alla classe (o ad altre classi). (mix energetico e comunità energetiche: proposta progettuale per la fase applicativa)

Metodologie

• Apprendimento per problemi: la domanda guida sulla transizione energetica orienta tutto il percorso.
• Apprendimento cooperativo (jigsaw): ogni gruppo diventa “esperto” di una fonte/centrale e poi mette in comune le conoscenze per costruire il quadro d’insieme e la tabella di confronto. (impianto jigsaw: proposta progettuale)
• Didattica laboratoriale: schematizzazione del funzionamento delle centrali, costruzione del modellino con materiali di recupero, uso di mappe online per geolocalizzare impianti reali.
• Compito autentico: catalogare i “luoghi dell’energia” del territorio e progettare un mix energetico per la propria comunità.
• Flipped classroom: alcuni materiali (video, audiolezioni) possono essere assegnati per casa come anticipazione. (proposta progettuale)

Strumenti

• Libro di testo di tecnologia adottato in classe (sezione sull’energia e le fonti energetiche).
• Green-book / fascicolo di educazione civica per i dati sull’Agenda 2030 e le fonti rinnovabili nel mondo.
• Dispositivi (tablet o notebook) con accesso a internet per ricerche e geolocalizzazione di impianti reali su mappa; LIM o proiettore per la condivisione.
• Materiale di recupero per i diorami: scatole, cartoncino, tappi, fili, stagnola. (proposta progettuale)
• Cartelloni o schede per la tabella di confronto delle fonti. (proposta progettuale)
• Software di presentazione per la versione digitale della mostra. (proposta progettuale)

Prodotti finali

• Un modellino/diorama di centrale per ogni gruppo, con schema esplicativo del funzionamento e dei pro/contro per un pubblico non esperto. (proposta progettuale)
• Una mappa dei luoghi dell’energia del territorio, ispirata al compito di realtà della guida Upgrade (centrali, installazioni fotovoltaiche, parchi eolici, dighe, impianti di biogas).
• Una tabella di confronto delle fonti energetiche (pro e contro per ambiente, costo, disponibilità, continuità), costruita dall’intera classe. (proposta progettuale)
• Una proposta di mix energetico sostenibile per il proprio territorio e una lista di azioni di risparmio energetico per scuola e casa. (proposta progettuale)
• Una breve presentazione digitale della mostra e l’esposizione orale alla classe. (proposta progettuale)

Valutazione

La valutazione è di processo e di prodotto: si osservano la comprensione del funzionamento delle centrali, la capacità di distinguere e confrontare le fonti, la qualità del modellino e dello schema esplicativo, la collaborazione nel gruppo e la chiarezza della comunicazione. Per la valutazione complessiva del modulo si rimanda a valutazione-energia.

La guida Progettare il futuro (Mondadori) ricorda che la valutazione delle competenze nell’UDA deve vertere sul processo e sul prodotto, con un’autovalutazione da parte degli studenti.

Criterio	Iniziale	Base	Intermedio	Avanzato
Fonti rinnovabili e non rinnovabili	Confonde le fonti anche con supporto	Distingue rinnovabili e non con guida	Classifica le fonti e ne spiega la differenza autonomamente	Classifica in autonomia e argomenta perché le fossili sono insostenibili nel lungo periodo
Funzionamento delle centrali	Non descrive lo schema senza guida costante	Riconosce le parti principali di una centrale	Descrive il funzionamento e lo schema turbina-alternatore	Descrive più centrali, ne confronta i processi e spiega il ruolo del trasformatore e della rete
Pro e contro delle fonti	Elenca pochi aspetti con guida costante	Individua qualche vantaggio e svantaggio	Confronta le fonti su ambiente, costo e disponibilità territoriale	Argomenta un confronto motivato e collega l’uso dei fossili a CO₂ ed effetto serra
Prodotto (modellino e schema)	Realizza un prodotto incompleto solo se guidato	Realizza il modellino con supporto	Realizza modellino e schema chiari e corretti	Realizza un prodotto curato e comprensibile a un pubblico non esperto
Sostenibilità e risparmio	Non collega energia e impatto ambientale	Indica qualche comportamento di risparmio	Propone azioni di risparmio motivate per casa e scuola	Propone un mix energetico sostenibile argomentato per le caratteristiche del territorio
Collaborazione e comunicazione	Partecipa poco al lavoro di gruppo	Svolge il proprio ruolo su richiesta	Collabora e presenta le proprie scelte in modo comprensibile	Coordina il gruppo e comunica con chiarezza e precisione alla mostra

Inclusione

• Il tema dell’energia si presta a un ancoraggio all’esperienza concreta (la luce, la bolletta, gli impianti visibili nel territorio) e al largo uso di immagini, schemi di processo e video: risorse che abbassano le barriere linguistiche e astratte, utili per alunni BES/DSA e per il ripasso.
• Molti libri di testo adottati nella secondaria di primo grado (es. Techno Logics, Futura Tech) sono disponibili in versione accessibile ad alta leggibilità (PDF AID) e offrono audiolezioni e video sulle singole fonti di energia.
• Lavoro in gruppi eterogenei con ruoli a rotazione (lettore-sintetizzatore, costruttore del modellino, ricercatore in rete, presentatore): ogni studente contribuisce con il proprio punto di forza. (proposta progettuale)
• Per gli studenti con maggiori difficoltà: focalizzare il compito su una sola centrale e su pochi concetti chiave (fonte → turbina → corrente; rinnovabile/non rinnovabile), usando lo schema illustrato del libro.
• Per i più rapidi: ampliare con idrogeno e celle a combustibile, turbine idrauliche (Pelton/Kaplan/Francis), dati di confronto tra Paesi produttori, comunità energetiche. (proposta progettuale)
• Per ulteriori adattamenti si rimanda a inclusione-energia.

Collegamenti interdisciplinari

• Scienze: forme ed energia, calore, effetto serra e cambiamento climatico, ciclo dell’acqua, struttura della Terra (calore geotermico), fissione nucleare.
• Educazione civica: sviluppo sostenibile, Agenda 2030 Obiettivo 7 (energia pulita e accessibile), scelte energetiche consapevoli, risparmio e cittadinanza attiva, comunità energetiche.
• Geografia: distribuzione delle risorse energetiche nel mondo, Paesi produttori, localizzazione degli impianti, dipendenza energetica.
• Matematica: lettura della bolletta, potenza in kW, percentuali del fabbisogno coperto da una fonte. (proposta progettuale per la parte applicativa)
• Italiano: stesura dei testi della mostra, debate sul nucleare o sulla transizione energetica. (proposta progettuale)

Pagine collegate

• forme-e-trasformazioni-dell-energia — prerequisito concettuale: l’energia e le sue trasformazioni
• fonti-rinnovabili-e-non-rinnovabili — la distinzione di base su cui poggia tutta l’UDA
• combustibili-fossili-carbone-petrolio-gas — perché la transizione è necessaria
• energia-solare-fotovoltaico-e-termico — una delle fonti studiate dai gruppi
• energia-eolica — una delle fonti studiate dai gruppi
• risparmio-energetico-e-efficienza — la parte di sostenibilità nella vita quotidiana
• valutazione-energia — rubrica e valutazione del modulo
• inclusione-energia — adattamenti e didattica accessibile

Fonti

• Techno Logics — Tecnologia (Francesco Furci, Elisabetta Pozzi, Gianni Monti — Raffaello Scuola, 9788847241206_Tecnologia): distinzione tra fonti primarie, secondarie, inquinanti e pulite (p. 28-29); carbone, petrolio, gas naturale come fonti fossili non rinnovabili; Sole, energia geotermica, vento e biomasse come fonti pulite e rinnovabili (pp. 28-29); concetti di risorse esauribili e rinnovabili (p. 22); risparmio energetico in edilizia, caldaie a condensazione, domotica e isolamento termico (pp. riferibili alla sezione edilizia).
• Green-book — Percorso 4: Nuove forme di energia (Furci, Pozzi, Monti — Raffaello Scuola, 9788847241206_Green-book): la produzione di energia avviene principalmente tramite fonti non rinnovabili con elevato impatto ambientale; Sole, vento, acqua, biomasse e calore della Terra come fonti rinnovabili (p. 28); dati 2021 su fonti rinnovabili nel mondo (38% dell’elettricità mondiale) e in Italia (36,4%, idroelettrico 12%, fotovoltaico 9%); Accordo di Parigi e limite 1,5 °C; comunità energetiche; consigli pratici di risparmio (lampadine LED, spegnere i dispositivi) (pp. 28-32); Agenda 2030, Obiettivo 7 sull’energia pulita e accessibile (p. 29); dati sulle emissioni di CO₂ al massimo storico di 36,3 miliardi di tonnellate nel 2021 (p. 31); sviluppo sostenibile e Dichiarazione di Rio 1992 (pp. 4-5).
• Futura Tech — Volume B (Andrea Delpiano, Mattia Giusiano, Eva Goldschmidt — Pearson/Paravia, 9788839566560_Volume-B): struttura del modulo su fonti non rinnovabili (Unità 2) e fonti rinnovabili (Unità 3), con sezioni specifiche su energia solare, dell’acqua in movimento, del vento, geotermica e dalle biomasse; risparmio energetico (17.7); marchi di sicurezza ed etichetta di efficienza energetica; sostenibilità e riciclo (17.9).
• Upgrade — Guida per l’insegnante (Andrea Delpiano — Pearson, 9788839534934_guida_ins): descrizione del modulo energia con approccio esperienziale (brainstorming con immagini di impianti, laboratorio sulle trasformazioni energetiche, compito di realtà “raccontare l’energia e il territorio” con catalogazione degli impianti del territorio su mappa) (pp. 15-16); i ragazzi sono sensibili al tema e osservano i cambiamenti con grande attenzione; importanza del coordinamento con il docente di Scienze; obiettivi e competenze sul modulo energia.
• Progettare il futuro — Guida per il docente (Conti — Mondadori/Minerva Scuola, 2986176_Progettare_il_futuro_Guida): conoscenze, abilità e competenze sul tema energia (fonti rinnovabili e non rinnovabili, efficienza energetica, risparmio, etichette energetiche) (pp. 17-21); struttura dell’UDA e del piano di lavoro con indicazione di fasi, compito autentico, prodotto atteso, metodologie e valutazione di processo e prodotto (pp. 27-29).
• La scansione in cinque fasi, i tempi, l’impianto jigsaw, la tabella di confronto, la proposta di mix energetico, la rubrica di valutazione, il formato diorama e gli adattamenti inclusivi specifici sono proposte progettuali da validare, costruite sui contenuti reali delle fonti citate.