Lærervejledning til natur/teknologi - At svæve

Transkript

1 Lærervejledning til natur/teknologi - At svæve Første dobbeltlektion N/T: Papirflyvere Eleverne skal i denne dobbeltlektion arbejde i grupper og ud at flyve med papirflyver. Det gøres gennem hypoteser og undersøgelser, hvor eleverne skal arbejde med begrebet bedst, da det giver eleverne mulighed for at udfolde sig innovativt. Formål/mål: At eleverne: Kan undersøge og har en forståelse af begrebet bedst i forhold til at svæve. Har en forståelse af, at der er en sammenhæng mellem papirflyveres udformninger og hvordan de flyver(svæver) gennem luften. Har viden om, hvordan en papirflyver kan svæve gennem luften. Kan opstille og undersøge hypoteser på baggrund af en given problemstilling. Materialeliste: Computer, højtaler, liggeunderlag (eleverne kan selv medbringe), ipads/tablets, blyant, papir (A4 og A3), tape, træpinde, sakse, malertape, et stort åbent område indenfor og en fodboldbane el.lign. Lektionsbeskrivelse: Oversigt over første lektion 1. Drømmerejse og introduktion til Biophilia og undervisningsforløbet. 2. Samtale på klassen om begrebet at svæve. 3. Præsentation af undersøgende opgave om papirflyver. 4. Eleverne skal i grupper undersøge: hvordan ser den bedste papirflyver ud? 5. Opsamling hvor eleverne sammenligner deres resultater. Drømmerejse og introduktion I første del af lektionen skal eleverne ud på en drømmerejse. Eleverne skal bruge et liggeunderlag, som de skal lægge sig på med lukkede øjne. Se dokumentet Musik 1. dobbeltlektion, Drømmerejse for gennemgangen.drømmerejsen skal forberede eleverne på undervisningen, inspirere og spore dem ind på emnet At svæve. Derefter holder læreren et lille oplæg om, hvad Biophilia er, hvordan de efterfølgende lektioner kommer til forløbe, samt målene for forløbet. Efterfølgende skal elevernes forforståelse undersøges. Læreren spørger i en samtale på klassen ind til, hvad eleverne forstår ved begrebet at svæve, og om de kender til objekter eller dyr, der kan svæve. Dette gøres for at give læreren et indblik i, hvad eleverne allerede ved om emnet samt motivere eleverne til det kommende arbejde. I samtalen skal man være ekstra opmærksom på ikke at give eleverne svar på alle deres spørgsmål. Lader man dem i stedet diskutere deres egne forståelser, får både lærer og elever større indblikket i deres tanker. Præsentation af undersøgelsen Der kan holdes en pause, inden man går videre med næste trin, hvor eleverne selv skal bygge papirflyvere. Opgaven er bygget op således, at eleverne skal arbejde undersøgende. Læreren starter med at præsentere eleverne for problemstillingen: hvordan ser den bedste papirflyver ud? Begrebet bedst åbner op for kreativiteten, da bedst er et fortolkningsspørgsmål, så inden elevernes går i

2 gang med opgaven, skal de diskutere begrebet bedst. Diskussionen skal rumme, hvad det betyder, at være den bedste papirflyver? Hvilke egenskaber den skal have, for at den er bedre end de andre? Undersøgelsen Eleverne får udleveret et opgaveark, se dokumentet N/T 1. dobbeltlektion, Papirflyver. Eleverne deles derefter ud i grupper på 3-4 eleverne, hvor de hver især laver deres egne papirsflyvere. Eleverne skal derefter vælge en flyver hver og beskrive den. Beskrivelsen af flyet kan gøre dem mere opmærksomme på flyets parametre. I gruppen diskuteres nu, hvilken papirflyver, der flyver bedst. Grupperne skal sætte ord på, hvad de har diskuteret - og hvis der er tid fx fortælle en anden gruppe om deres idéer. Grupperne skal derefter afprøve deres papirflyver indenfor på flyvebanen. Hvis tiden er til det, kan forsøgene senere gentages udenfor. Inden lektionens start skal læreren have opstillet en flyvebane. Indenfor kan flyvebanen bygges op af malertape, som skal virke som take off-linje og kæmpe lineal. Afstandsmærker hjælper eleverne til at hurtigt, at bestemme hvor langt deres papirflyver kunne svæve, når de skal prøveflyve deres papirflyver. Banen skal helst være 15 meter lang. Udenfor kan flyvebanen bygges på en fodboldbane, hvor der kan bruges kegler i stedet for tape. Efter at eleverne har afprøvet deres flyver, skal de i grupperne diskutere, hvad der kan gøres, for at papirflyveren bliver bedre. Her kan eleverne modificere flyveren med forskellige materialer, fx klistre lidt vægt på forskellige steder, ændre facon og evt. folde det i et A3-ark i stedet for et A4-ark. Derefter afprøver eleverne om deres papirflyver er blevet bedre eller dårligere efter modificeringen. I gruppen diskuterer eleverne efterfølgende, hvad de tror er årsag til, at der skete en forandring i flyverens flyvebane. Elevgrupperne skal filme små optagelser af deres opdagelser og forklaringer med papirflyvere til en afslutningsvideo. Se dokumenterne Biophilia fælles afslutning - At Svæve for introduktion til video. Opsamling Til slut skal der være en fælles opsamling på klassen, hvor eleverne fortæller om, hvad de er kommet frem til. Gennem denne lektion er det lærerens opgave at udfordre gruppernes opfattelse af begrebet bedst, samt støtte eleverne i at lave en valid undersøgelse. Typisk vil eleverne nemlig have svært ved at teste flyverne på nøjagtigt samme måde. Faglig teori: Aerodynamik Vingefanget skal være smalt, og vingens længde fra snude til hale skal være stor. Generelt er det faktisk gældende for rigtige fly, at hvis de flyver under lydens hastighed, skal vingefanget være bredt med kort længde. Men fordi papir er et rimeligt skrøbeligt materiale, og fordi den initielle fart er meget høj, er det bedst at udforme dem, som fly der flyver med mere end lydens hastighed, som fx flytypen Concorde, altså langt og smalt. Når flyveren bevæger sig gennem luften, skal den glide mellem alle luftens molekyler. Når luften møder en ru overflade som papir, vil molekylerne lave turbulens og derved bremse flyveren. For at mindske denne turbulens, skal flyets vinger være så tynde som muligt. Dette er kun tilfældet for papirflyvere Vingerne giver større lateral stabilitet, hvis de skråner svagt opad fra flyets midte mod kanterne af vingerne. Lateral stabilitet er en fin måde at skrive, at flyet ikke ruller så let. Ruller skal her forstås som den bevægelse der sker, når en af vingerne falder og den anden stiger. Fx som ved en grønlændervending i en kajak, eller ved en træstamme, der ruller ned ad en bakke.

3 Alle flytyper har et neutralt punkt i deres længde. Hvis flyets tyngdepunkt ligger bag det neutrale punkt, bliver flyet ustabilt i relation til længde. Dvs. hvor lige flyet kan ligge i luften. Det stabile fly har altså sit tyngdepunkt på det neutrale punkt eller foran det. Jo tættere på næsen flyets tyngdepunkt er, jo mere fart kræver det. Et fremrykket tyngdepunkt kræver også en form for opdrift, for ikke at miste højde for tidligt. Se også: Musik første dobbeltlektion: Se dokumenter til musik Anden dobbeltlektion N/T: Molekyler/molekylers bevægelse I anden dobbeltlektion får eleverne indsigt i, at luften består af molekyler, der, når de bevæger sig, kan få ting til at svæve. Eleverne skal opstille og undersøge hypoteser på baggrund af to problemstillinger og diskutere begrebet bedst. Formål/mål: At eleverne Forholder sig til verdens opbygning. Kan forklare atomets opbygning. Kan forklare luft som en blanding af gasarter. Kan forklare, at luftens molekyler i bevægelse kan få ting til at svæve Materialeliste: Blyant, føntørrere, affaldsposer, elastikker, termometer, bordtennisbolde, linealer (100 cm.) og ipads/tablets. Lektionsbeskrivelse: Oversigt over første lektion 1. Introduktion til Aristoteles og Demokrits måder at se verdens opbygning på og samtale på klassen om elevernes forestillinger. 2. Præsentation af undersøgelserne 3. Eleverne undersøger i to hold 4. Opsamling på resultater og teori Introduktion Lektionen starter med en kort introduktion af de to filosoffers måder at se verden på. Demokrit troede, at verden er opbygget af en helt masse små dele, mens Aristoteles mente, at verden er bygget op af de 4 elementer. Historien skal ses som en grublehistorie, der skal få eleverne til at overveje, hvad de selv tror verden består af. Ved dernæst at lade eleverne diskutere deres forestillinger, skaber det et fundament, som læreren skal bruge til at forklare eleverne, hvordan luften omkring dem består af molekyler, der er opbygget af atomer. Viden om molekyler skal kvalificere elevernes undersøgelse. Som indgangsvinkel til hvor små atomer er, kan man evt. bruge en saks og en snor og stille eleverne spørgsmålet: Hvor mange gange tror i, at jeg kan klippe den her snor over? Som støtte til forklaringen, er det en god idé at bruge nogle modeller over atomer og molekyler. Der er mange forskellige modeller at vælge imellem. Vil man kvalificere sit valg af modeller, bliver man nødt til at analysere hvad modellerne viser, og især hvad modellem ikke magter at vise. For mere

4 information om modeller, foreslår vi artiklen Modeller i Naturfag af Harald Brandt og Benny Lindblad Johansen. Præsentation Læreren starter med at vise to forsøg. I det første forsøg viser læreren, at man ved hjælp af en føntørrer kan få en tennisbold til at svæve. I det andet forsøg viser læreren, at man kan få en affaldspose til at svæve ved at varme luften op inden i posen. Når læreren viser eleverne forsøgene, kan det give eleverne en wow-effekt og derved skabe en interesse for forsøgene, som de skal i gang med. Efter fremvisningen af forsøgene opstiller læreren to problemstillinger, beskrevet nedenfor, som eleverne skal undersøge. Undersøgelserne I første forsøg skal eleverne i grupper undersøge, hvilken hårtørrer der er den bedste til at få en tennisbold til at svæve. I andet forsøg skal eleverne undersøge, hvor varm luften skal være inde i en pose, før den svæver. Disse undersøgelser skal eleverne udføre i grupper. Eleverne får udleveret to forsøgsark, se dokumenterne N/T 2. dobbeltlektion, Svævende tennisbold og N/T 2. dobbeltlektion, Svævende affaldspose. Før eksperimenterne begynder, skal grupperne først lave en arbejdstegning, der viser en hypotese, samt en fremgangsmåde i deres undersøgelse. Når eleverne ikke er vant til at danne hypoteser, vil de typisk hurtigt gå i materialerne uden at tænke over, hvad materialerne skal bruges til. Udefra kan det nogle gange se ud til, at elever med ringe plan er vældigt engagerede i Kommenterede [3]: jubii opgaven. Den forestilling krakelerer rimeligt hurtigt, når man spørger ind til, hvorfor de gør, som de gør. For at sikre den gode metode, er det derfor vigtigt at holde alle materialerne på et bord alle kan se, indtil eleverne fyldestgørende har forklaret læreren, hvad de vil gøre, og hvorfor de vil gøre det på netop den måde. Lærerens opgave er under de følgende undersøgelser, at gå rundt blandt grupperne og stille produktive spørgsmål. Et produktivt spørgsmål er kort sagt et spørgsmål, som eleven kun kan svare på, ved selv at undersøge konkrete materialer eller fænomener og derved producere sit eget personlige svar. Se Tougaard og Hybel (2014): Metoder i Naturfag - en antologi, kapitel 7, for mere om produktive spørgsmål. Det kan især være givende at spørge ind til henholdsvis føntørrerens udformning af mundstykke og indsugning og hvor i posen temperaturen skal måles. Når man anvender føntørrere i undervisningen, er der et par ting, som man skal være opmærksom på. En føntørrer kræver en urimelig mængde af strøm. Det er en god idé at konsultere pedellen, hvis man er i tvivl om, hvor mange maskiner lokalets stikkontakter kan håndtere ad gangen. Springer der en sikring, ryger der nemt en god portion af elevernes tid til at undersøge. Det er en god idé at snakke med eleverne om, at føntørreren bør slukkes med det samme, når den ikke bruges med et formål. Det glemmer de nemlig let, når de beundrer posen flyve til vejrs. Man kan også aftale med sine elever, at der fx kun må være 4 maskiner tændt i lokalet på en gang. Føntørrere har normalt indstillinger for temperatur. For at forsøget med posen skal lykkedes, er det nødvendigt med en opvarmning. Det er bare ikke sikkert, at maskinen er bygget til at bruge den varme funktion i særlig lang tid. Læreren skal også være obs. på en brændt lugt, da maskinerne både kan brænde sammen og smelte. Høje temperaturer kan også få de tynde poser til at smelte. Derfor er det en god idé, at være to om at fylde posen med luft. En elev kan stå med posens udmunding og elastikken mellem fingrene, mens den anden står med føntørreren, og sørger for at holde den så tæt på åbningen som muligt, uden at røre posen eller den anden elevs fingre. Da eleverne selv skal finde frem til fremgangsmåde til undersøgelsen af den svævende affaldspose, kan dette være en mulighed for at udfører undersøgelsen: Kommenterede [1]: usynlige noter? Kommenterede [2]: så virkede det. tilføjet om modeller. link til artikel. fagsundervisningen%20_hb_blj_0.pdf

5 Tegnet af forfatteren Elevgrupperne skal filme små optagelser af deres opdagelser og forklaringer med føntørrere og varmluftsbalon til en afslutningsvideo. Se dokumenterne 3. dobbeltlektion i musik og Biophilia fælles Kommenterede [4]:? afslutning - At Svæve for introduktion til video. Opsamling Efter undersøgelserne samles eleverne til en fælles opsamling, hvor der bliver snakket om resultaterne, samt hvordan molekyler, der skubbes i en retning, skaber små højtryk og lavtryk. Det er vigtigt at eleverne går fra timen med fornemmelsen af, at luften omkring dem er mere end tomrum. Faglig teori: Højtryk og lavtryk Teorien bag den svævende bordtennisbold: Luftstrømmen fra føntørreren bevæger sig hurtigere end luften i rummet. Når luftstrømmen rammer boldtennisboldens undersiden, bremses luften op og danner et højtryk under bordtennisbolden. Det er dette højtryk, der holder bolden oppe. Når luften rammer bordtennisbolden, skal luften strømme rundt om bolden for at komme forbi. Det skaber et lavtryk rundt om bordtennisbolden, der fanger den i en luftboble, så den fastlåses lige over højtrykket. Det er altså en kombination af højtryk og lavtryk der får bolden til at svæve. Teorien bag den svævende affaldspose: Varm luft vejer mindre end kold luft og dette gør at den varme luft stiger op ad. Den varme luft giver opdrift nok til at få affaldsposen til at svæve. Når luft varmes op, vil luftens molekyler bevæge sig hurtigere og støde mere ind i hinanden. Derved kommer den varme luft at fylde mere, men stadig veje det samme. Når molekyler varmes op, fylder de mere. Dvs. at deres massefylde falder. Således er varmt luft lettere end kold luft. Dette gælder for alle molekyler med undtagelsen af vands faste form is. Fylder man en pose med varm luft, vil luften i posen nå et punkt, hvis luften er varm nok, hvor den er så meget lettere end luften uden for posen, at posen svæver opad. Punktet er udtryk for, at luften i posen nu er så meget lettere end luften uden for posen, at det opvejer posens vægt.

6 Musik anden dobbeltlektion: Se dokument Biophilia Lærervejledning til musik - At svæve for mere information. Tredje dobbeltlektion N/T: Lydbølger Undervisningsforløbet bygger videre på sidste dobbeltlektion, hvor eleverne fik indsigt i, at luften består af molekyler, der, når de bevæger sig, kan få ting til at svæve. Eleverne skal nu få indsigt i, at lyd opstår som lydbølger gennem luften. Eleverne skal opleve og eksperimentere med selv at lave lydbølger. Mål for anden lektion Tegnet af forfatteren At eleverne kan Forklare lyd som lydbølger i luften. Forklare begreber som lydbølge, bølgelængde og frekvens med eksempler fra aktiviteter og hverdagen. Kende til sammenhængen mellem frekvens og tone. Materialeliste: 1. aktivitet: plastbakke, vand, to blyanter. 2. aktivitet: Slinky-fjeder. 3. aktivitet: to stemmegafler, plastikbakke med vand. 4. aktivitet: plastbægere, snor, tændstikker, ting der kan frembringe lyd. 5. aktivitet: sytråd, teskeer. 6. aktivitet: guitar og app på Pc er eller IPad. Lektionsbeskrivelse: Oversigt over dobbelt lektionen 1. En introduktion fra læreren. 2. En række aktiviteter, som elevgrupper selv udfører. Det er centralt, at eleverne diskuterer, hvad det er, som de observerer. Hvordan aktiviteten hænger sammen med fænomenet lydbølger. Hver aktivitet har spørgsmål, som eleverne skal diskutere og en lille faglig tekst, som kan være udgangspunkt for eleverne egne forklaringer af, hvad de ser. Hver aktivitet tager 7-10 minutter. 3. Opsamling. Introduktion

7 Lektionen starter med at læreren uddeler grubletegninger til eleverne, så de i grupper kan diskutere spørgsmålene. Herefter skal der være en fælles opsamling, men lad spørgsmål stå tilbage, som det, der giver anledning til, at børnene nu skal til at eksperimentere med lyd og forklare det de ser. For grubletegningerne se links: Efter gennemgangen holdes der et oplæg om lydens svingninger, frekvens og amplitude, så eleverne kan få et indblik i teorien om lydens bevægelser. Vis eventuelt forsøget Osteklokken for eleverne. Forsøget er beskrevet længere nede i teksten. Aktiviteter Vend derefter tilbage til elevernes spørgsmål fra grubletegninger og sæt aktiviteterne om lydens bevægelser i gang, således at eleverne i grupper skifter rundt mellem de borde, der har hver deres aktivitet. Vær opmærksom på, at det vigtigste ved aktiviteterne er, at eleverne øver sig på at forklare de fænomener, de ser. Støt op om samtalerne i grupperne og bidrag med fagudtryk til elevernes samtaler. Det er muligt at vælge nogle af aktiviteter fra i denne lektion, hvis det ikke er muligt at gennemføre alle aktiviteterne. Aktiviteterne er beskrevet på aktivitetsarkene, se dokumentet 3. dobbeltlektion N/T, aktivitetsark. Aktivitet 1: Prøv at lave bølger selv. Aktivitet 2: Bølger lavet med en Slinky-fjeder Aktivitet 3: Lyd og bølger med en stemmegaffel Aktivitet 4: Tråd-telefon Aktivitet 5: Lydbølger gennem sytråd Aktivitet 6: En guitars strenge laver lydbølger Elevgrupperne kan filme små optagelser af deres opdagelser og forklaringer til afslutningsvideo. Opsamling Som afslutning på lektionen skal eleverne fortælle om deres aktiviteter for hinanden. Supplér under samtalen med fagudtryk. Eleverne skal gennem disse samtaler forklare lyd som lydbølger i luften, begreber som lydbølge, bølgelængde og frekvens med eksempler fra aktiviteter og hverdag, samt kende til sammenhængen mellem frekvens og tone. Faglig teori: Svingninger, frekvens og amplitude Der er mange ting i vores omverden, der foretager svingninger: for eksempel en gynge på en legeplads, en lineal der trykkes over en bordkant, guitarstrenge, en højtaler eller dit stemmebånd. Lyd er bølger, der bevæger sig gennem luften. Luftmolekylerne skubber til molekylerne længere fremme, så der sker en fortætning af molekylerne, så der dannes en bølge gennem luftens molekyler. Bølgen løber ud i alle retninger, disse bølger kaldes for lydbølger. Lydbølgerne kan løbe gennem luft, vand, andre væsker og gennem faste stoffer som træ, sten og metaller og bevæger sig nemmest gennem faste materialer. En svingning kaldes en svingningstid. Svingningerne kan være langsomme eller hurtigere og en gynge vil have en svingningstid på et par sekunder, mens svingningstiden for en guitar er få millisekunder. Frekvensen er det antal svingninger, der er på 1 sekund.

8 Amplituden fortæller hvor kraftig svingningen er. Frekvensen for lydbølger fortæller, hvor høj eller lav en tone er, mens amplituden fortæller, hvor stærk eller svag lyden er. Tegn en model af lydbølger med frekvens og amplitude, så eleverne ser, hvordan vi afbilleder lydbølger. Demonstrationsforsøg til refleksion: Osteklokken. Når osteklokken tømmes for luft forsvinder lyden, fordi rummet bliver lufttomt. 1. Man tænder en røgalarm (jo højere lydstyrke jo bedre), og sætter den ind i osteklokken. 2. Kanten på osteklokken er smurt med vaseline så den lukker godt tæt. 3. Man konstaterer, at man stadig kan høre alarmen selvom den er inde i klokken 4. Man tømmer klokken for luft med vakuumpumpen 5. Man slukker pumpen og konstaterer, at man ikke kan høre alarmen. 6. Langsomt lukker man luft ind i klokken, medens man konstaterer, at man nu igen kan høre alarmen Ekstra: Der er ikke medtaget aktiviteter om øret, men det vil være muligt at inddrage Forenklede Fælles Mål om ørets opbygning klassetrin og modeller om mennesket klassetrin. Baggrundsviden til emnet: Se f.eks. Jens Hvid;, Martin Krabbe Sillasen; & Peter Norrild: Naturens univers 8 - fysik/kemi elevbog. Udgivet af Alinea. Flere aktiviteter til Natur/Teknologi findes f.eks. i hæftet: Niels Ole Dam (1994): Lyd og sanser. Eksperimentarium TEMA. ( der viser, hvordan noget kan svæve på lydbølger. Musik tredje dobbeltlektion: Se dokument Biophilia Lærervejledning til musik - At svæve for mere information. Fælles afslutning med musik: Se dokument Biophilia Fælles afslutning - At svæve for mere information.