Talentundervisning i de naturvidenskabelige fag

Transkript

1 Talentundervisning i de naturvidenskabelige fag Inspiration til talentundervisningen fra arbejdsgruppen i naturvidenskab Uddannelsesstyrelsen, gymnasiekontoret 15. september 2011

2 2 Naturvidenskabelige talentforløb Indhold Indhold... 2 Forord... 4 Talentarbejde i den daglige undervisning... 5 Talenter i undervisningen... 5 Hvordan opdages og styrkes talentet?... 5 Hvilken rolle kan talentet have i klassen?... 5 Hvordan motiveres talentet?... 6 Hvordan udvikles talentet?... 6 Et talentstimulerende undervisningsmiljø... 6 Nysgerrighed... 6 Elevernes deltagelse... 6 Elevernes roller i klassen... 6 Anerkendelse... 7 Frirum til udforskning... 7 Lærerstyring... 7 En undersøgende tilgang til naturfag... 7 Hvordan opdages talenter?... 7 Særlige anlæg... 7 Særlige interesser... 8 Særligt engagement... 8 Opfølgning på talenter... 8 Stil krav til talenterne... 8 Talenter kan skifte interesse... 8 Talenter har brug for andre... 8 Talenter er ikke supermennesker... 9 Talentarbejde i praksis Typer af talenter Eleven der kan og vil, og som kan nå langt Eleven der kan men som ikke nødvendigvis vil Eleven der måske kan og som helt sikkert vil Konkrete eksempler på undervisningsforløb Eleven der kan og vil Den selvstyrende elev Det umotiverede talent Den innovative opfinder Den slidsomme elev Bilag 1: Midler der påvirker CNS Bilag 2: Tre opgaver omkring raketaffyring Opgave 1 - Raketaffyring Opgave 2 - Raketaffyring Opgave 3 - Raketaffyring Bilag 3: Take Home Lab Take Home Lab Take Home Lab Bilag 4: Podcast et fysikeksperiment... 30

3 Naturvidenskabelige talentforløb 3 Bilag 5: Deltag i Science Cup Denmark Bilag 6: Klimaundervisning Klimaoplæg Klimaændringer SRO opgave Appendix 1: Tematisk undervisning som afsæt for talentudvikling E som fordybelsestema E som innovationstema Eksempler på temaer Eksempel 1: Fermentering Eksempel 2: Enzymer Eksempel 3: Hvad kan vi gøre for at fjorden får det bedre?... 45

4 4 Naturvidenskabelige talentforløb Forord Denne rapport er resultat af arbejdet i arbejdsgruppen i talentudvikling i de naturvidenskabelige fag. Arbejdsgruppen er, i lighed med de tilsvarende arbejdsgrupper indenfor de øvrige faglige hovedområder i de gymnasiale uddannelser, nedsat som opfølgning på rapporten Talentudvikling evaluering og strategi 1. Arbejdsgruppens kommissorium har været, i forlængelse af anbefalingerne fra ministerens nedsatte arbejdsgruppe til talentudvikling, at udvikle og fremlægge eksemplariske forløb til brug i de gymnasiale uddannelser, målrettet enkelte fag eller rettet mod et samspil mellem fag. De gymnasiale talentarbejdsgrupper har bl.a. skullet arbejde med forløb som sikrer at talentarbejdet også bliver en del af den daglige undervisning. giver faglige muligheder for at samle særligt talentfulde elever i hovedgrupper og undervise de talentfulde elever flerfagligt. specielt tilgodeser samarbejde mellem aftagerinstitutioner eller virksomheder. Denne rapport præsenterer først og fremmest inspiration til første punkt, talentarbejde i den daglige undervisning. Når vægten er lagt på den daglige undervisning, frem for arbejdet med at samle elever i særlige forløb, skyldes det et ønske om at inspirere den enkelte lærer til at tage udfordringen op. Arbejdsgruppen ser både mange muligheder og et stort behov for at inspirere på dette punkt. I forhold til det at samle elever i på særlige forløb, er det en nødvendig opfølgning på talentarbejdet i den daglige undervisning, men det er også en opgave som kræver koordinering på skolen og mellem institutioner, lokalt og regionalt. Enkelte steder er der inddraget eksempler på kontakter ud af huset. De vil dog, efter arbejdsgruppens vurdering, være meget afhængige af lokale forhold, derfor det begrænsede antal eksempler. Rapporten falder i to dele: Talentarbejde i den daglige undervisning indeholder generel inspiration til hvordan talenter opdages og udvikles i den daglige undervisning. Dette uddybes mere konkret i appendix 1: Tematisk undervisning som afsæt for talentundervisning. Talentarbejde i praksis giver eksempler på hvordan man kan tilrettelægge den daglige undervisning, så den inspirerer talenter til at udvikle deres talent. Eksemplerne tager udgangspunkt i at talenter er forskellige. Afsnittet suppleres med bilag 1-5, som indeholder konkrete opgaver og temaoplæg. Arbejdsgruppen har haft følgende medlemmer: Maria Nyland Jensen, Borupgaard Gymnasium Dorthe Lind Damkjær, Vejle Tekniske Gymnasium Thomas Brun Kristensen, Hasseris Gymnasium Tim Nielsen, Kalundborg Gymnasium Jette Rygaard Poulsen, Hasseris Gymnasium, fagkonsulent Kresten Cæsar Torp, Aalborghus Gymnasium, fagkonsulent 1 Arbejdsgruppen til talentudvikling i uddannelsessystemet: Talentudvikling evaluering og strategi, Uddannelsesstyrelsen, april 2011.

5 Naturvidenskabelige talentforløb 5 Talentarbejde i den daglige undervisning Talenter opdages og udvikles i den daglige undervisning. Den daglige undervisning spiller også en afgørende rolle når talenter motiveres til at anvende deres ressourcer fagligt. Den daglige undervisning har desuden den mulighed i sig, at den foregår i en given social sammenhæng, hvor talentet prøver sine muligheder af på en mindre forpligtende måde, dog kan det sociale spil i klassen både være en støtte og en hæmsko. Endelig er det nødvendigt, at også den talentfulde elev deltager i den daglige undervisning for at opnå en adgangsgivende eksamen. En ekstra indsats her giver derfor umiddelbar mening for den talentfulde elev, måske i modsætning til ekstra talentilbud uden for almindelig skoletid. Det er derfor helt afgørende at få den daglige undervisning planlagt, så den motiverer og støtter talentudvikling I det mere fokuserede arbejde med at udvikle talentet, vil gymnasiernes forskellige projekter (SRP, SRO, SSO, AT, SO) sandsynligvis spille en vigtig rolle. Her er eleven som udgangspunkt aktivt på banen, og lærer-elevkontakten er mere direkte. Der kan desuden planlægges et skolebaseret talentarbejde, hvor talenter samles med andre talenter, eller hvor en lærer følger op på talentet på en måde, som ikke er mulig i den daglige undervisning. Dette arbejde kan samles på tværs af skoler, fx i samarbejde med aftagerinstitutioner og virksomheder. Kommissoriet for dette arbejde er dog udviklingen af materialer til talentudvikling i undervisningen. I de naturvidenskabelige fag ligger der store muligheder for varieret talentarbejde i kraft at fagenes både praktiske og teoretiske natur. Der kan arbejdes med alt fra små enkle hverdagsbaserede eksperimenter til abstrakte teoretiske og filosofiske tanker. Gennem mange år har der, mere eller mindre bevidst, i de naturvidenskabelige fag været arbejdet med mange forskellige tiltag, som ret beset kan betragtes som talentarbejde. Der er derfor i fagene gode muligheder for at komme frem til et mere systematisk og sammenhængende arbejde med talentudvikling. Talenter i undervisningen Ikke alle flittige elever er talenter og ikke alle talenter er som udgangspunkt flittige. Nogle talenter skal opdages under eksperimentelt arbejde mens andre er ganske åbenlyse i den daglige undervisning. Der findes med andre ord forskellige typer af talenter og deres talent kan ikke umiddelbart identificeres alene ud fra deres faglige præstationer. Men som udgangspunkt er man eller bliver man ikke et talent uden motivation og særlige evner indenfor et specifikt fagligt område. Hvis man vil arbejde med talentudvikling, må man som lærer gøre sig overvejelser om følgende: Hvordan opdages og styrkes talentet? Undervisningen indenfor uddannelsestiden kan tilrettelægges så talentfulde elever opdages og får styrket motivation og forudsætninger. Hvilken type undervisning der fremmer talentudvikling afhænger selvfølgelig af hvilke typer af talenter der er tale om. Fokus på den enkelte elev og en god kontakt mellem lærer og elev vil fremme både talentudviklingen og den faglige udvikling i en klasse generelt. Hvilken rolle kan talentet have i klassen? De toneangivende elever i en klasse kan have meget stor betydning for det faglige niveau og accepterede arbejdsformer i en klasse. Derfor kan en talentfuld elev i nogle situationer opfattes som en kæmpe ressource for undervisningen. Men omvendt, hvis den talentfulde elev ikke er ledertypen, kan han eller hun blive for nørdet for resten af klassen og ende med at blive et problembarn i

6 6 Naturvidenskabelige talentforløb undervisningen. Hvordan motiveres talentet? Forskellige elevtyper motiveres forskelligt. Nogle talenter er optændt af en indre ild som undervisningen kan bidrage til at holde ved lige. De kan motiveres af viden, eller af at have en bold at gå efter. Andre talenter skal møde en ydre motivation og opmærksomhed for at udvikle deres talent. Det er nemlig ikke nogen naturlov at talentfulde elever selv søger udfordringerne. Begge talenttyper kan skabe udfordringer i den daglige undervisning. Skal undervisningen være med faste rammer, eller skal der være frihed og åbne opgaver? Skal der være fokus på faglig fordybelse eller skal der arbejdes med entreprenørskab og innovation? Generelt vil en kontakt med læreren og fagligheden dog motivere den talentfulde elev. Hvordan udvikles talentet? Nogle talentfulde elever har overskud til at fordybe sig i fagligheden. For dem er det en bonus at deltage i undervisningen, især hvis de møder differentierede undervisningsformer, som støtter dem på deres eget faglige niveau. For andre talentfulde elever opfattes det næsten som en straf at være talentfuld. Det kræver ekstra arbejde og de mødes af store forventninger fra omgivelserne. Hvordan talentet udvikles handler derfor om at skabe et motiverende undervisningsmiljø som tager højde for elevens nysgerrighed, faglighed og for de elevroller der er i klassen. Et talentstimulerende undervisningsmiljø Afsættet for talentudvikling er en undervisning, hvor eleverne engageres og motiveres til at gøre noget med faget. Talenter motiveres, lige som elever generelt, meget forskelligt. Variation og differentiering er, som altid, afgørende. Man kan med fordel tænke i flere parametre i undervisningen: Nysgerrighed Lad eleverne møde faget med en spørgende og undersøgende indgang. Stil selv spørgsmål, lad eleverne stille spørgsmål, skab frirum for at elevernes spørgsmål kan undersøges i undervisningen praktisk og teoretisk. Elevernes deltagelse Lad eleverne spille en aktiv rolle i at udfordre deres egen faglighed. Engagér dem i spørgsmål som de kan undersøge og afprøve. Spørg ind, så de uddyber og nuancerer deres spørgsmål. Eleverne skal lære at stille kvalificerede faglige spørgsmål. Overvej sammen med dem, hvordan I kan arbejde videre med deres spørgsmål. Elevernes roller i klassen Overvej at eleverne kan have forskellige roller. Nogle går foran med nysgerrighed, men andre skal måske bære fordybelsen. Andre igen skal fastholde engagementet. Et talent er sjældent en øde ø. Talenter understøttes ikke kun af læreren, men også af klassekammerater. Talenter kan være en ressource. Stærkt fokus på de dygtige elever der svarer rigtigt, kan skubbe andre elever ud i en perifer deltagelse, i øvrigt også mulige talenter, som starter fra en mindre boglig baggrund. Målet er at engagere alle og få alle i sving, gerne med talenterne som lokomotiv.

7 Naturvidenskabelige talentforløb 7 Anerkendelse Anerkendelse er ikke det samme som ros for hvad som helst. At lytte til elevernes faglige overvejelser kan opleves som anerkendelse. At tage deres overvejelser alvorlige med faglig-kritiske modspørgsmål kan opleves som anerkendelse. Anerkendelse kan også være at bruge elevernes produkter i undervisningen. Lad dem skrive til hinanden, eller skrive wiki s til andre. Gem deres produkter på fællesdrevet, og pointér, at det skal kunne bruges af klassekammerater til senere projekter eller eksamenslæsning. Referér tilbage til dem ved senere lejligheder. Lad elever undervise, fx med inddragelse af demonstrationsforsøg. Udgangspunktet for anerkendelse er en erkendelse af elevernes faglige niveau og muligheder for at agere i faget. Frirum til udforskning Overvej, hvor i temaerne der kan være plads til, at eleverne udfolder deres faglighed på en praktisk og undersøgende måde. Inddrag elever i emnevalg eller i valg af forskellige emner under et tema. Vær gerne aktuel. I de fleste fag giver både supplerende stof og nogle af prøveformerne rum til dette. En række af de faglige mål vil som regel ligge i direkte forlængelse af dette. Lærerstyring Frirum til udforskning kræver, paradoksalt nok, styring. En fast styring kan, hvis rammerne sættes rigtigt, have en systematiserende eller supplerende karakter. Lad først eleverne komme på banen med emner og undersøgelsesspørgsmål. Systematiser deres spørgsmål og supplér. Forklar eleverne, hvorfor det vil være nødvendigt også at have dette med. Med en fornuftig forklaring, vil de som regel godtage det, uden at føle at deres egne overvejelser var ligegyldige. En del af systematiseringen kan være uddybende eller fagligt kritiske spørgsmål til elevernes tanker. En undersøgende tilgang til naturfag Naturvidenskabelige fag har en undersøgende tilgang til verden med eksperimentet som et centralt element. Der er god inspiration at hente i de tilgange der findes indenfor Science as Inquiry. Bilag 6 giver eksempler på hvordan man tilrettelægge tematisk undervisning med fokus på at udvikle talenter vha. 5E-modellen (Engage, Explore, Explain, Extend /Elaborate og Evaluate). Hvordan opdages talenter? Talenter melder sig sjældent selv. Man kan opdage dem på flere måder: Særlige anlæg Man bemærker ad flere omgange, en særlig evne. Det kan fx være til databearbejdning, forsøgsplanlægning, matematisk modellering eller iagttagelse. På samme måde kan man møde elever med særlige analytiske evner, som gennemskuer sammenhænge og kan overføre deres viden mellem forskellige områder i undervisningen. Nævn dine iagttagelser for eleven, og foreslå ham /hende at arbejde med det. Den næste udfordring vil være at finde et passende emne at anvende talentet på. Noget der kan motivere eleven. Nævn muligheden for at et senere projekt (SRO, SRP, SO, AT eller videre arbejde med et tema fra undervisningen) kan foregå med vejledning fra en ekstern person. Et møde med en forsker kan sætte skub i talentet. Denne type talenter vil også kunne udvikles sammen med andre elever i en projektgruppe. Ofte vil emnet komme fra en anden elev. Det samme vil måske det praktiske perspektiv på arbejdet.

8 8 Naturvidenskabelige talentforløb Særlige interesser Særlige interesser er ikke det samme som talent, men det kan motivere til at yde noget særligt. Er der en gængs interesse for et emne, kan der oprettes en lille studiegruppe på skolen, eller man kan skabe kontakt til en forsker eller en virksomhed indenfor området, så eleven ser hvad der arbejdes med. Hvis eleven er tilbageholdende er det en god ide at finde en makker til vedkommende. Vær opmærksom på elever der udviser en særlig interesse gennem undervisningen. Mind eleverne om muligheden for at arbejde videre med emnet, fx med SRP eller SRO eller en talentkonkurrence som mål. Særligt engagement Nogle elever motiveres af de aktuelle problemer de ser omkring sig. De oplever et ønske om at gøre noget. Det kan være baggrund for et innovativt og entreprenørmæssigt talent. Mange problemer kan have tekniske eller naturvidenskabelige løsninger. Tekniske løsninger skal tilpasses brugssituationen. Vær opmærksom på at mange forskere arbejder med netop disse sider af naturvidenskaberne. Afsættet for eleven kan være at få konkretiseret engagerende problemer, undersøgelser og udvikling af løsninger kan pege frem mod projekter og konkurrencer. Opfølgning på talenter I den daglige undervisning kan man opdage og til en vis grad stimulere talenterne. For at udvikle særlige talenter skal den daglige undervisning imidlertid suppleres. Det opfølgende arbejde har ikke nødvendigvis den samme grad af forpligtethed som undervisningen, med mindre der foreligger præcise aftaler om deltagelse i forløb eller udvidet curriculum. Aftaler om deltagelse i talentaktiviteter skal være tydelige for både lærere og elever, af hensyn til alle parter. Det kan være mindre aftaler om et studiebesøg eller aftaler om længerevarende forløb. Det videre talentarbejde hviler på følgende vigtige forudsætninger: Stil krav til talenterne Uanset hvilke typer af talenter der er tale om, bør vi i de gymnasiale ungdomsuddannelser være i stand til at stille krav til elever med særlige talenter. Det behøver ikke være krav om at de bruger ekstra tid eller ressourcer på skolearbejdet, men krav om at de udvikler deres talent. Det er ikke godt nok at overlade til talentet selv at finde udfordringer. Talenter kan skifte interesse Læreren må ikke have forventninger om at han eller hun har fundet den talentfulde elevs rette livsbane. Unge mennesker har kun godt af at have flere interesser, skifte interesser, droppe interesser, blive overbebyrdede og måske tage interesser op igen senere. Et nysgerrigt ungt menneske kan finde sin rette hylde mange gange og skal have hjælp til at fokusere. Et flittigt ungt menneske kan brænde ud og skal have hjælp til at prioritere arbejdsindsatsen. Som lærere kan vi udfordre elevens evner, skabe interesser, udvikle kompetencer, etablere netværk, styrke selvtillid og ikke mindst - give slip. Talenter har brug for andre Det videre talentarbejde kan både foregå individuelt og i grupper. For mange talenter vil gruppen være vigtig. Det bliver sjovere, og man holdes fast. Overvej muligheden af makkerskab blandt elever. En elev med en særlig interesse og en makker vil kunne få stort udbytte af et arrangeret studiebesøg. Det kan betyde at de overvinder barrierer, og får fælles oplevelser.

9 Naturvidenskabelige talentforløb 9 Talenter er forskellige, de kan supplere hinanden og har brug for andre. Kammerater kan være gode som modspil for ideer, og at dele arbejdet med. De øvrige elever vil ofte også få flyttet deres muligheder og motivation for at gå til fag og karriere, uanset om de selv har talent eller ej. Talenter er ikke supermennesker Det kan være krævende for en elev at finde tid til at fordybe sig. Det kan gå ud over den daglige undervisning, og det kan føre til stress. Derfor skal der være en åben og løbende dialog med talentet om, hvor mange kræfter der kan lægges i arbejdet. Ved længerevarende forløb, må det også tages op, hvordan arbejdet kan give udbytte i forhold til undervisning, fag og elevprojekter. Det kan fx overvejes, om dele af talentarbejdet kan indgå i elevtiden.

10 10 Naturvidenskabelige talentforløb Talentarbejde i praksis Som tidligere nævnt, vil der være forskellige typer af talenter, som stimuleres gennem forskellige former for undervisning. Det følgende giver eksempler på forskellige talenttyper og, hvorledes undervisningen kan tilrettelægges i forhold til disse. Dette uddybes i bilag 1-5 med eksempler på forløb og materialer. Typer af talenter Nedenfor er vist en enkel og overskuelig måde at kategorisere forskellige typer af talenter på. Vil Vil måske Kan Eleven der kan og vil Den selvstyrende elev Det umotiverede talent Den innovative opfinder Kan måske Den slidsomme elev Inden for ovenstående rammer har vi valgt at beskrive fem forskellige talenttyper. Typerne giver på mange måder en alt for firkantet beskrivelse af talenterne, og skal ikke forstås som dækkende for den mangfoldighed af talentfulde elever vi møder i den daglige naturvidenskabsundervisning. Men de kan tjene som et udgangspunkt for, hvordan talentfulde elever opdages og kan være med til at skabe opmærksomhed på, hvordan de talentfulde elever kan stimuleres i undervisningen. Eleven der kan og vil, og som kan nå langt I denne kategori findes ofte de elever, som deltager i faglige olympiader og konkurrencer som Unge Forskere og Forskerspirer. Gruppen af elever er dog på ingen måde ensartet, og vi har valgt at udfolde to talenttyper i denne kategori. Eleven der kan og vil Denne talentfulde elev er stærkt motiveret af det faglige arbejde som foregår i undervisningen. Hun påtager sig ofte store opgaver og har en høj grad af fordybelse både i den enkelte time og i forberedelsen hertil. Hun er tryghedssøgende og ikke specielt kreativ i sin tilgang til det faglige stof. Den selvstyrende elev Også den selvstyrende elev er stærkt motiveret, men ikke så meget af undervisningen som af faget. Han er selektiv og fordyber sig i de emner og områder han finder mest interessant. Han er ikke altid veltilpasset i klassen og vil nok helst arbejde alene frem for i grupper. Heller ikke han er specielt kreativt anlagt. Eleven der kan men som ikke nødvendigvis vil Elever i denne kategori skal som oftest vækkes eller motiveres, hvilket i nogle situationer kan ske med mere åbne og opfinderprægede opgaver. Der er stor forskel på elevens deltagelse i undervisningen og typisk også i deres fordybelse i stoffet. Vi beskriver derfor også to talenttyper i denne kategori. Det umotiverede talent Typisk en stærk men måske utilpasset elev, som keder sig i gængse undervisningssituationer og vælger fagligt laveste fællesnævner gennem skoleåret. Læreren vil ofte betegne ham som en doven elev, der spilder sine talenter. Han er svær at integrere i undervisningen, men kan motiveres hvis rutiner brydes og vil da typisk være både kreativt og innovativt tænkende.

11 Naturvidenskabelige talentforløb 11 Den innovative opfinder Denne talenttype synes at alt andet end undervisningen er mindst lige så interessant. Den typiske innovative opfinderelev er meget induktivt arbejdende og yderst nysgerrig hvad angår eksperimentelt arbejde. Selvom han arbejder konstruktivt med i den daglige undervisningen, vil han blomstre og udfolde sit talent hvis han mødes med mere åbne opgaver, som relaterer direkte til omverdenen. Eleven der måske kan og som helt sikkert vil Elever i denne gruppe er ikke nødvendigvis naturtalenter, og langt hen ad vejen er det netop disse elever gymnasierne i forvejen er gode til at stimulere til at få udbytte af undervisningen. Der kan dog være elever i denne gruppe, som kan udvikle talent gennem hårdt arbejde, hvis de støttes. Det kan imidlertid være svært for læreren at blive opmærksom på et egentligt talentpotentiale. Den slidsomme elev Den slidsomme elevs talent udvikles gennem fagligt arbejde og sparring med andre. Denne type talent motiveres af arbejde og samarbejde, men skal have støtte og vejledning til at fordybe sig i det rigtige. Han har behov for at opbygge den nødvendige faglige ballast gennem arbejdet.

12 12 Naturvidenskabelige talentforløb Konkrete eksempler på undervisningsforløb Eleven der kan og vil Eleven der kan, og som helt klart vil. Eleven der kan og vil er ekstremt pligtopfyldende og bruger gerne en ekstra time eller to på en opgave, for at gøre den perfekt. Alligevel når hun tennistræningen om eftermiddagen. Denne type talent kan opleves som velstruktureret og med et kæmpe overskud, men hun kan også blive dybt frustreret over en opgave, som ikke er klart formuleret og hun bryder sig ikke specielt meget om åbne opgaver. Hun er ikke nødvendigvis kreativ. Generelt synes hun godt om forelæsninger og karaktermæssigt ligger hun helt i top i stort set hele gymnasiets fagrække. Hun går meget op i karaktergivning og føler det ofte som personlige nederlag, hvis topkaraktererne ikke opnås. En stor del af identiteten og selvværdet ligger i at præstere godt i timerne. På overfladen forekommer denne elevtype tjekket og i kontrol med situationen, og man kan godt forveksle det faglige engagement og den aktive deltagelse med et højt selvværd. Nogle af disse flittige perfektionister har da også et højt selvværd, men der sidder også en del elever i denne kategori, der har et meget lavt selvværd. De stoler ikke nødvendigvis på egne evner. Eleven der kan og vil er i stor fare for, at den arbejdsbelastning hun pålægger sig selv på et tidspunkt bliver for meget. Der en udpræget risiko for, at hun udvikler stress og eksamensangst, alene fordi hun konstant skal leve op til egne høje forventninger. Eleven der kan og vil må ikke brænde ud før tid og skal have støtte og bistand til at droppe noget af bredden i skolearbejdet for at kunne fordybe sig i enkelte emner. Hendes rolle i klassen Eleven der kan og vil er velforberedt ofte overforberedt - og bruger mange timer på lektier, og er meget aktiv i timerne. Hun kræver faglig dybde og ingen løse ender, men arbejder konstruktivt med i timerne, hvis blot der er struktur og rammer i undervisningen. Hun er nem at undervise, og kan derfor let blive overset af læreren, da hun jo altid klarer sig godt. Kammeraterne anerkender dog fuldt ud, at eleven der kan og vil er fagligt dygtig. Hvad er hendes talent? Hun har et stort overblik og en faglig dybde, som bringer hende langt indenfor de enkelte områder. Hun evner at ræsonnere på tværs faglige områder og anvende erfaring og viden fra andre emner til at bringe sig selv videre. Hvad motiverer denne elev? Eleven der kan og vil motiveres af faglig dybde gerne komplicerede udregninger, når blot der er et klart mål med arbejdet. Hun kan godt lide at reproducere og har ikke umiddelbart behov for at skabe noget nyt. Men hun vil gerne have mulighed for at slutte nogle større sammenhænge. Generelt kan hun godt lide nøddeknækkeropgaver.

13 Naturvidenskabelige talentforløb 13 Udfordringer med denne talenttype Det er ikke sikkert, at eleven der kan og vil selv føler sig specielt talentfuld der ligger jo ofte hårdt arbejde bag ved de gode karakterer, og det er svært at leve op til de forventninger og krav, som hun selv og omgivelserne stiller. Kurser i eksamensangst hitter i gymnasiet lyder det i Politiken den 19. april Her udtaler psykolog Lene Iversen sig om eksamensangst, der i særdeleshed er udbredt blandt unge flittige piger: Min vurdering er, at der er flere, der oplever præstationsangst, når de skal til eksamen. Det er især pigerne, der også er perfektionister, og som har brug for at kontrollere og kunne forudse situationen. Dette er en af problemstillingerne med de flittige perfektionister. Bag det kontrollerede ydre med styr på pensum og forberedt til tænderne lurer en usikker elev, der er i risikozonen for at gå helt i sort ved eksamensbordet eller gå ned med stress i løbet af skoleåret. For disse elever er hver dag en eksamen: Samfundsudviklingen går mere i retning af, at især de unge kvinder i højere grad bliver set som det de gør, og ikke det de er. Og så er der meget at leve op til 3 Det er altså vigtigt, at man ikke lægger yderligere pres på denne elevtype, når man vil tilrettelægge undervisningen for hende. Eleven der kan og vil har meget høje standarder, som hun konstant forsøger at leve op til, så det er vigtigt, at der ikke lægges yderligere pres på hende udefra. Hun er bange for at gå glip af noget og et undervisningsforløb, hvor hun skal lave noget andet end de øvrige elever, er derfor ikke nødvendigvis det rette for hende. Det er derfor nødvendigt at tilrettelægge undervisningen på en måde, så arbejdspresset ikke øges og så hun ikke skiller sig for meget ud i forhold til resten af klassekammeraterne. For at udvikle hendes talent skal man først og fremmest udvikle hendes selvværd. Undervisningsforløbet bilag 1 I kemi og biologi kan man arbejde med et tværfagligt forløb, der er organiseret som projektarbejde i højere grad end som traditionel klasseundervisning. Eleverne arbejder i grupper med temaet lægemidler, der påvirker CNS, hvor de skal fremstille et lægemiddel ud fra en række valgmuligheder i laboratoriet. Der skal laves en projektrapport over det valgte lægemiddels fremstilling og virkningsmekanisme. I et sådant projektforløb er der mulighed for, at eleverne selv kan være med til at definere emne og faglig dybde samt sværhedsgraden af projektet. Tanken er, at læreren sørger for gruppedannelsen, og man kan her med fordel sætte de dygtige elever sammen i en gruppe, således at de talentfulde elever her får glæde af faglig sparring med hinanden. Man kan med fordel lave lidt differentierede projektoplæg, så kravene til de dygtige elever bliver anderledes end kravene til de øvrige elever. For at stimulere eleven der kan og vil og måske give hende selvtillid kan forløbet udbygges med et samarbejde med en videregående uddannelsesinstitution. En underviser herfra kan være vejleder på opgaven og dele af forsøgene kan foregå på eksempelvis universiteternes laboratorier. Ved at lave projektorganiseret undervisning, kan man understøtte de flittige perfektionister, uden at det nødvendigvis giver ekstra arbejdsbyrde, og uden at man tager dem ud af den ordinære undervisning

14 14 Naturvidenskabelige talentforløb Den selvstyrende elev Også den selvstyrende elev er eleven der kan, og som helt klart vil. Den selvstyrende elev er selektiv og dybest set kun interesseret i at grave sig ned i de fag og emner som interesserer ham. Han læser store værker af både Bohr og Heisenberg i sin fritid, og gider ikke beskæftige sig med simple introduktioner til emner han allerede kender til. Den selvstyrende elev som type ønsker faglig dybde og luft under vingerne. Han bekymrer sig ikke om, hvorvidt han går glip af noget ved at beskæftige sig med et andet stof end resten af klassen. Han er dybest set ligeglad med karakterer, og han sætter ikke sit lys under en skæppe. Hvis han får en dårlig karakter, er det enten fordi, han ikke har gidet interessere sig for faget, eller også fordi læreren ikke forstår hans værdi. Og sidstnævnte er jo mest synd for læreren. Han er fagligt engageret, men keder sig ofte i klasseundervisningen. Han er ikke bange for at skille sig ud fra mængden og påtager sig med glæde ekstra opgaver, blot det bringer ham fagligt videre. Den selvstyrende elev besidder ofte både eksperimentelle og teoretiske færdigheder og forstår at koble dem. Han kan lide åbne opgaver, hvor det kræver snilde at finde en løsning. Hans rolle i klassen Den selvstyrende elev er altid forberedt, men ikke nødvendigvis lige i dagens lektie. Han har en meget stor baggrundsviden og et godt overblik over det faglige stof, hvorfor han ofte keder sig i undervisningen. Den selvstyrende elev kan være svær at undervise sammen med den øvrige klasse fordi han utålmodigt springer til tungere overvejelser og fordi han ikke gider repetitioner og terperi. Han er derfor ikke altid vellidt blandt klassekammeraterne, som dog altid anerkender hans talent. Hvad er hans talent? Han borer sig ned i faget, uden at bekymre sig om sværhedsgraden. Han er optændt af en indre ild og har motivationen til selv at arbejde videre med emner, han finder interessante. Hvad motiverer denne elev? Den selvstyrende elev motiveres af nye spændende vinkler på stoffet. Han kan lide, at der stilles store faglige krav til ham, som fordrer, at han laver nye koblinger af sin viden. Han demotiveres af gentagne simple opgaver, men motiveres af at prøve grænser af. Generelt kan også han godt lide nøddeknækkeropgaver. Udfordringer med denne talenttype Denne elev skal have ekstra udfordringer. Det må gerne være udfordringer, som ligger ud over dem resten af klassen møder. Han keder sig i den daglige klasseundervisning, men det kan være rigtig svært at tilfredsstille hans hunger efter udfordringer når også bredden i klassen skal tilgodeses. Som lærer står man ofte i en situation, hvor der skal dobbeltforberedelse til, hvis hans behov skal tilfredsstilles. Han skal nemlig ikke blot have mere af det samme. Generelt er dette ikke en elevtype som får talentet til at smitte fordi han ofte kører solo og ikke bekymrer sig om kammeraterne. Han bliver sjældent toneangivende i en klasse og opleves ikke altid som en berigelse for en klasse.

15 Naturvidenskabelige talentforløb 15 Undervisningsforløbet bilag 2 og 6 Forløbet i bilag 2 er tænkt som et forløb om affyring af raketter i fysik B/A og matematik A. Det skal motivere hele klassen også drengene, men der behøver ikke være samme faglige stof for alle elever. Det er selvsagt nødvendigt at arbejde gruppe- eller projektorienteret når eleverne skal fordybe sig i forskellige dele af arbejdet med raketter. Valget af et fælles emne om raketaffyring skyldes ønsket om at få den talentfulde elev til at bringe noget af sin viden om og lyst til at arbejde med fysik videre til kammeraterne i klassen. Det kræver, at sker en formidling af arbejdet mellem de forskellige fraktioner af klassen. Kinematikken (bevægelsesligningerne) og kraftanalyser i én dimension forventes gennemarbejdet på forhånd. Udgangspunktet for forløbet kan derfor være en fælles bevægelsesanalyse af en raketopsendelse eksempelvis fra NASA. Dernæst får eleverne forskellige valgmuligheder. Kernen i projektet er affyring af en raket enten en vandraket eller en nytårsraket og på baggrund heraf teoretisk arbejde med rakettens bevægelse. De tre opgaver er i bilag 2 listet med faldemde sværhedsgrad, og det bør nok være læreren der inddeler grupperne efter faglige kompetencer. En meget stor del af en klasse må forventes at arbejde med opgave 2, mens kun nogle få elever vil befinde sig på et niveau hvor opgave 1 og opgave 3 har passende sværhedsgrad. Forløbet i bilag 6 giver differentierede muligheder for at fordybe sig i data, eller særlig viden som knytter sig til emnet. Det er måske ikke det store perspektiv i emnet der driver den selvstyrende elev, men de gode muligheder for at finde et interessant emne at fordybe sig i.

16 16 Naturvidenskabelige talentforløb Det umotiverede talent Eleven der kan, og som måske vil. Eleven som ikke engagerer sig i skolen, og som oftest vælger laveste fællesnævner gennem skoleåret. Men også eleven som er hurtigt opfattende og som formår at arbejde på et højt abstraktionsniveau. Denne elev kan opleves som doven og svær at integrere i undervisningen. Størstedelen af undervisningstiden er det umotiverede talent passiv og nærmest usynlig, men måske bliver han også periodevis kritisk og kan virke irriterende og distraherende både for klassen og for underviseren i et forsøg på at provokere. Til samtaler med ham siger man, at man ved at han godt kan, men at han skal tage sig sammen, så han kan få noget ud af sin skoletid. Senere i livet klarer han sig måske fint, men han kan også ende med at drysse sit talent væk, fordi det aldrig bliver klart erkendt. Hans rolle i klassen I traditionelle undervisningssammenhænge, så som klasseundervisning, gruppearbejdesammenhænge eller traditionelt projektarbejde trives han ikke. I gruppesammenhænge finder han ofte sammen med de fagligt svagere elever, som ikke kræver eller forventer noget af ham. Først når rutiner brydes i undervisningen kan man se han vågner op. De flittige elever kan have svært ved at acceptere når det umotiverede talent pludselig vækkes af sin dvale. Disse to typer elever er meget vidt fra hinanden og har svært ved at arbejde sammen fordi det umotiverede talents tilgang til stoffet er divergent fra den flittige elevs. Derimod kan den vågne elev i denne type og den selvstyrende elev godt arbejde sammen i en kortere periode og sammen udvikle ideer og løse opgaver. Hvad er hans talent? Den vågne elev har mange kvaliteter og kan tænke ud af boksen. Hans kreative (måske også konkrete og praktiske) tilgang bevirker, at han ser nogle sammenhænge og kan associere noget fra et fagområde til et andet og dermed tilføre et emne helt nye dimensioner. Elevens refleksioner gør endvidere, at han forholder sig kritisk til et område og kan stille relevante spørgsmål. Hans abstraktionsniveau er højt. Hvad motiverer denne elev? Den kreative og innovative elev kan være svær at spotte i klasseværelset i de naturvidenskabelige fag. Han kommer først frem hvis rutinerne brydes. Det skal først og fremmest være sjovt og han skal kunne vælge selv. Han skal kunne se en mening med emnet og se de muligheder det kan føre med sig. Konkurrencer kan også være en motivationsfaktor. Formidling i form af et oplæg for eksterne parter folkeskoler, virksomheder eller anden sammenhæng kan også virke inspirerende for eleven. Derudover kan eksperimentelt arbejde, feltarbejde eller brobygning til universiteter, hvor eleven spiller en aktiv rolle med de studerende, vække talentet i eleven. Underviseren vil bemærke at eleven ændrer karakter og bliver den aktive engagerede elev, som viser stor faglig indsigt og som forstår at anvende metoder og inddrage andre elever i problemstillinger. Derudover kan aktuelle problemstillinger og tværfagligt samarbejde, hvor faggrænser brydes ligeledes virke befordrende på elevens lyst til læring. I modsætning til den flittige elev og den selvstyrende elev trives den kreative elev i langt højere grad ved at faggrænser overskrides og nye muligheder åbner sig. Han har ikke behov for tryghed i undervisningssituationen, men i højere grad brug for udfordringer. Udfordringer med denne talenttype Den største udfordring med denne type elev er hvordan man som underviser vedligeholder hans spontanitet og fantasi, når hverdagen viser sig igen. Man kan måske fastholde hans interesse ved at motivere ham igen og igen og stille krav til ham. Men han skal opleve nytte af sit arbejde for eksempel i praktisk orienterede projekter, hvor faglig fordybelse er en nødvendighed. Innovationsorienterede projekter kan også være et middel.

17 Naturvidenskabelige talentforløb 17 Undervisningsforløb a bilag 3 Det første undervisningsforløb er lavet som to Take Home Labs, og selvom dette forløb er udarbejdet til fysik, kan modellen forholdsvis let overføres til andre naturvidenskabelige fag. Forløbet er udarbejdet til en fysik B, og dækker store dele af kernestoffet på dette niveau. Klassen skal gruppevis lave undersøgelser af nogle hverdagsfænomener som de finder hjemme. Grupperne skal arbejde med forskellige undersøgelser og eksperimenter, hvorfor der er basis for en gruppefremlæggelse for resten af klassen. Der er altså ikke tale om, at de enkelte elever møder det samme faglige indhold i arbejdet. Fællesskabet består derimod i metoden og anvendelsen af måleudstyr. I del 2 af forløbet er opgaven åben. Samme metode som ved del 1 skal anvendes, men nu er det op til eleverne at finde det hverdagsfænomen, som de gerne vil undersøge. Ved at udnytte mulighederne i moderne dataopsamlingsudstyr kan det umotiverede talents behov for kobling til virkeligheden og omverdenen forholdsvis let skabes. Forløbet bygger ikke på eftervisning af kendte fysiske love med specialdesignet apparatur og giver derfor mulighed, for at kreativitet og nysgerrighed kan blomstre. Men omvendt er der ikke nogen facitliste, og ikke nogen reel mulighed for at efterprøve resultatet. Dette vil for nogle elever føles ubehageligt, men vil måske netop være noget som det umotiverede talent efterspørger. Undervisningsforløb b bilag 4 I det næste undervisningsforløb er der specielt fokus på afrapporteringen af et eksperiment. Mange naturvidenskabelige fag har fokus på rapportskrivningen, og den typiske naturvidenskabelige elev skal skrive en hel del rapporter gennem gymnasietiden. Dette harmonerer ikke specielt godt med det umotiverede talents irritation over gentagelser og rutiner. Derfor skal rapporten over dette forsøg afleveres som en podcast med storyboard. Endnu engang er der tale om et fysikeksperiment, men også her vil den grundlæggende idé kunne overføres til vilkårlige eksperimenter og undersøgelser i naturvidenskab. Eksperimentet er et typisk fysikeksperiment om effekt og energi. Eleverne skal allerede ved forsøgets udførelse være bevidste om, at afleveringen skal ske som en podcastet rapport, hvorfor der også er flere frihedsgrader i forsøget. Alle eleverne i klassen har samme mål med forsøget, men ved at lægge fokus på hypotesebaserede eksperimenter vil frihedsgraderne i metoderne og valgene af forsøg blive større for den enkelte elev, hvilket kan styrke motivationen for det umotiverede talent. Den innovative opfinder Denne talenttype dækker over eleven, som synes, at alt andet end undervisningen er mindst lige så interessant som undervisningen selv, og som har en legende og innovativ tilgang til fagligheden. Han er som udgangspunkt ikke stærk teoretisk, men hvis han ser nødvendigheden og nytten af teorien for at kommer videre med udviklingen af et eksperiment, kan han bringe den teoretiske viden op på et meget højt niveau. Han kan være forholdsvis usynlig i en klasseundervisning, men han blomstrer i et laboratorium. Hans rolle i klassen Den innovative opfinder er som oftest forberedt til undervisningen, men brænder sjældent igennem i klasseundervisningen. Han er typisk vellidt blandt kammeraterne, men er ikke den kammerat som foretrækkes til gruppearbejdet. Kreativiteten, som han udviser i laboratoriet og felten, bliver ikke nødvendigvis værdsat af kammeraterne. Flere af klassekammeraterne vil have svært ved at arbejde

18 18 Naturvidenskabelige talentforløb sammen med ham, fordi hans mål med arbejdet er et andet, ofte højere og bredere, end det den givne opgave kræver. Hvad er hans talent? Den innovative opfinder har en praktisk tilgang til naturvidenskaben. Han kan koble ideer og virkelighed og ser ofte andre og nye løsninger på kendte problemer. Han kan arbejde på et højt teoretisk niveau med stof som interesserer ham som oftest hvis det er relateret til en given problemløsning. Hvad motiverer denne elev? Denne elevtype vil motiveres af et samarbejde med ikke skolerelaterede virksomheder, hvor målet med arbejdet er klart. At arbejde med en opfindelse, som kan gavne andre, eller en optimering af kendte arbejdsgange vil tiltale den innovative opfinder. Han vil meget gerne arbejde med innovationsorienterede projekter, hvor han får mulighed for selvstændigt og kreativt at løse eksperimentelle opgaver. Det vil være en fordel, at lade denne elevtype arbejde under faste rammer, som sikrer, at projektet bliver målrettet og fagligt fordybende. Han vil udfordres af opfinderkonkurrencer i stil med den tidligere Science Cup Denmark eller det kommende Science and Technology spor i den store Danish Entrepreneurship Award. I konkurrencer af denne slags er der, udover opfordring til produktion af en prototype af opfindelsen, også er krav om teoretisk argumentation og samarbejde med erhvervslivet om udviklingen. Udfordringer med denne talenttype Den innovative opfinder skal bringes fra verden til faget. Han er spontan og fuld af fantasi, og disse egenskaber skal i undervisningen bringes til produktivitet, hvor også faglig fordybelse er en nødvendighed. Han skal motiveres ved at møde omverdensnære problemstillinger som kræver fordybelse og skal hjælpes til at kvalitetssikre arbejdet. Denne elevtype har ikke behov for noget sikkerhedsnet i undervisningen og er langt fra tryghedssøgende. Derfor kan det være svært at tilgodese denne type elev i naturvidenskabelige fag, hvor mange elever har behov for gentagelser og repetitioner for at forstå dybden i stoffet. Undervisningsforløbet bilag 5 Til denne type talent har vi valgt at samle en kort beskrivelse af kravene til deltagelse i den tidligere konkurrence Science Cup Denmark hvilke formodentlig også komme til at indgå i konkurrencen Danish Entrepreneurship Awards Science and Technology spor. Den innovative opfinder vil motiveres af både den virksomhedskontakt som finder sted undervejs i deltagelse af konkurrencen og af den mere metodiske tilgang til åbne opgaver. Den slidsomme elev Hvis vi ser på de mennesker der har foldet deres talent ud senere i livet, har de ikke nødvendigvis været blandt de fagligt stærkeste i skolen. En del talenter arbejder sig til det de mestrer. De udviser motivation, udholdenhed og ihærdighed, får ført ting ud i livet, og opnår at blive eksperter på det de nu ender med at være gode til. De springer ikke i øjnene som naturtalenter, og der må være en del af netop denne talenttype, hvis potentiale vi overser. Den slidsomme elev vil gerne gøre en indsats. Hans talent er ikke åbenlyst, men opbygges med opbygningen af en faglig ballast. Han er til gengæld typen der gør en indsats, og som gerne yder en indsats sammen med andre.

19 Naturvidenskabelige talentforløb 19 Hans rolle i klassen Denne type elev vil ofte nyde samarbejdet med kammerater, der er fagligt stærkere end han selv er. Han kan være en af klassens vandbærere, som holder den fagligt stærkere samarbejdspartner til ilden, og han prøver den vejledning han får fra læreren af. Kammeraterne vil ofte betragte ham som en god samarbejdspartner. Særligt i projektarbejde eller gruppearbejde omkring mere komplekse problemstillinger, udfylder han forskellige nødvendige roller, og giver gruppen drive. Han får ikke nødvendigvis de højeste karakterer, men holder sig måske på en pæn middelkarakter. Derfor giver bedømmelserne ham ikke et indtryk af, at han skulle besidde særlige talenter. Hvad er hans talent? Denne type elev kan forblive en middelstærk, samarbejdsorienteret person. Han har imidlertid også potentiale for at komme videre gennem faglig sparring. Hans talent er at arbejde sig til tingene, til mere viden, til at opnå succes. Hvad motiverer denne elev? Han motiveres af at kunne bidrage til at løse en opgave. Han motiveres både af opgaven og oplevelsen af at kunne opnå noget sammen. Derfor vil gode opgavetyper fx være problemorienterede projekter og virkelighedsnære problemer. Han skal opleve at få projektet i mål. Udfordringer med denne talenttype Denne talenttype har behov for faglig sparring med sin lærer eller andre der er fagligt stærkere end ham selv. Han vil have behov for en opfølgende vejledning, der peger konkret på de næste skridt. Nærmeste udviklingszone, træning og opbygning af erfaring er nøgleord. Undervisningsforløbet bilag 4 og 6 Også her henvises til oplægget til deltagelse i Science Cup Denmark og til studieretningsopgaven om klimaunderevisning. Denne talenttype motiveres af samarbejdet om opgaverne, og tydelige mål: At deltage og vinde i konkurrencen. Det er væsentligt, at denne opgave rummer en tydelig proces. Det der skal være udfordringen må ikke være uklarheder omkring rammerne men de faglige udfordringer og det faglige indhold.

20 20 Naturvidenskabelige talentforløb Bilag 1: Midler der påvirker CNS Indledning Der findes en lang række medicin, der påvirker CNS. Sygdomme så som Alzheimers, epilepsi og Parkinsons syge skyldes ubalancer i CNS og disse kan behandles med medikamenter, der specifikt går ind og hæmmer ubalancen. Andre lidelser så som smerter og depressioner kan ligeledes hæmmes med medicin der påvirker nervesystemet. Mange sygdomme deles op i forskellige kategorier. Der findes såkaldte neurologiske lidelse, hvor kommunikationen mellem nervecellerne er forstyrret. I visse tilfælde er der tale om decideret vævsnedbrydning. Af neurologiske lidelser kan nævnes: Epilepsi Parkinsons sygdom Alzheimers sygdom En anden kategori af sygdomme kaldes psykiske lidelser. Her er diagnosticeringen ofte mindre præcis, da det kan være svært at afgøre, hvornår der er tale om normal eller sygelig adfærd. Ofte vil der ved behandling af psykiske lidelser være tale om såkaldt symptombehandling. Af midler mod psykiske lidelser kan nævnes: Midler mod søvnforstyrrelser Midler mod angst Antipsykotisk medicin Antidepressiver Derudover vil en række lidelser medføre smerte. Smerter kan hav varierende intensitet og afhængig af graden af smerte, samt hvilken type smerte, der er tale om, er der udviklet en række smertestillende midler. De mildeste af slagsen mod hovedpine, tandpine og menstruationssmerter kan købes i håndkøb, hvorimod stærkere smertestillende midler er receptpligtige. Man deler smertestillende midler op i to kategorier: Midler med perifer smertestillende effekt Midler med central smertestillende effekt. Projektbeskrivelse I skal i forbindelse med projektet udvælge en lidelse, som jeres projektopgave tager udgangspunkt i. I skal fremstille et lægemiddel, eller et mellemprodukt på vej til lægemidlets syntese. Der skal desuden foretages renhedsbestemmelse på jeres produkt. I kan vælge mellem følgende lægemidler: Citalopram mellemprodukt (antidepressiv - SSRI) Phenobarbital (epilepsimedicin) Lidokain (smertestillende middel) Ethylcinnamat (antidepressiv MAO-hæmmer) Produktkrav Der skal udarbejdes en projektrapport. Rapporten skal indeholde følgende: Forside med titel, navne og dato Indledning her beskrives lidt om historien bag sygdommen og sygdomsbehandlingen. Teori o Nervecellen og dens kommunikation

21 Naturvidenskabelige talentforløb 21 o Biologien bag symptomerne o Lægemidlets virkningsmekanisme Syntese af lægemidlet, herunder sikkerhed, resultater og bearbejdning af resultater Perspektivering, herunder diskussion af medicinering og medicinforbrug i behandlingen. Symptombehandling kontra behandling af årsagen til lidelsen. Konklusion Litteraturliste Litteratursøgning SO 2, herunder redegørelse for de anvendte søgestrategier, kildekritik og valg af referencer (fodnoter eller slutnoter) Kemikaliebrugsanvisninger vedlægges som bilag Husk at benytte kildehenvisninger i form af fodnoter eller slutnoter, når i benytter faktuel information fra et kildemateriale.

22 22 Naturvidenskabelige talentforløb Bilag 2: Tre opgaver omkring raketaffyring Opgave 1 - Raketaffyring Indledning En raket får sin fremdrift ved at udstødningsgassen fra forbrændingen sendes bagud. Ifølge loven om bevarelse af bevægelsesmængde vil udstødningsgas der slynges bagud nemlig bevirke at selve raketten må bevæge sig fremad. I modsætning til jetmotorer, som indsuger den nødvendige ilt til forbrændingen fra atmosfærens luft, så medbringer en raket både ilten (eller iltningsmidlet) og forbrændingsstoffet, hvilket kræver en anselig ekstra masse. I ovenstående situation kan Newtons 2. lov i den form vi kender den ikke bruges direkte til at analysere systemet, fordi massen ændres undervejs. Derfor er overvejelser over bevarelse af bevægelsesmængden nødvendige. Formålet med denne opgave er at opstille en model for en rakets bevægelse i tyngdefeltet. Modellen skal derefter sammenholdes med en eksperimentel undersøgelse af bevægelsen. Opgave En raket med massen, og farten i forhold til Jorden, udskyder noget brændstof med massen og farten i forhold til raketten. raket + brændstof (m + dm) v brændstof dm u raket med større hastighed m (v + dv) Bemærk at brændstoffets fart i forhold til Jorden er til og farten er blevet forøget til.. Rakettens masse er formindsket Udled på baggrund af ovenstående bevægelsesligningerne for rakettens bevægelse efter affyringen. Husk at tage højde for at bevægelsen foregår i tyngdefeltet, men lav gerne den antagelse, at der kan ses bort fra luftmodstand. (Hjælp: ) Benyt de udledte ligninger til at foretage en vurdering af følgende: Hvilken fart har raketten har når brændstoffet er brugt op? Hvor langt har raketten bevæget sig når brændstoffet er brugt op? Hvilken højde kommer raketten maksimalt op i? Hvilken maksimalacceleration opnår raketten? For at sandsynliggøre den udledte model, skal der udføres et forsøg med affyring af enten en vandraket eller en nytårsraket. Overvej hvilke variable der skal måles på og hvilke metoder der kan anvendes til målingerne. Bemærk at en nytårsraket ikke må skilles ad og at det derfor er nødvendigt at lave et estimat af massen af drivladningen.

23 Naturvidenskabelige talentforløb 23 Produktkrav Den udledte model for rakettens bevægelse samt en grundig gennemgang af de opnåede data fra raketaffyringen skal videregives til resten af klassen dels som en rapport og dels som et mundtligt oplæg af mindst 30 min varighed. Se også følgende links:

24 24 Naturvidenskabelige talentforløb Opgave 2 - Raketaffyring Indledning Når en nytårsraket affyres vil den i en given højde eksplodere og udsende sin lyseffekt. Det er muligt at måle den kraft, der driver raketten fremad, hvis raketten spændes fast til en kraftmåler på jorden. Efter affyringen er raketten påvirket af tre kræfter: den nedadrettede tyngdekraft den opadrettede kraft fra forbrændingen af drivladningen den nedadrettede luftmodstand Når den samlede kraft er positiv (rettet opad) vil raketten begynde at bevæge sig opad. Hvis denne samlede kraft, fremdrivningskraften, måles, kan rakettens hastighed og højde indtil eksplodsion beregnes. Men passer udregningerne med observationer? Og er det muligt at korrigere de udregnede værdier for luftmodstand og derved få beregninger der passer bedre med observationerne? Opgave Spænd raketten fast til en kraftmåler på jorden, og antænd den. Der kan nu laves målinger af den samlede kraft som funktion af tiden. Massen af drivladningen (krudtet) kan kun bestemmes ved en vurdering, idet det ikke er tilladt at skille en nytårsraket ad. Ifølge differentialregningen er et legemes hastighed differentialkvotienten af stedfunktionen og accelerationen er differentialkvotienten af hastighedsfunktionen. Credit: Krogsgaard, Madsen og Stetkær På baggrund af ovenstående og Newtons 2. lov om den samlede kraft på raketten, skal hastighed og højde af raketten beregnes i et regneark ved numerisk integration. Da raketten i forsøget ikke bevægede sig, var der naturligvis ikke nogen luftmodstand. Overvej hvordan en model for luftmodsatnden som funktion af hastigheden kan indkorporeres i regnearket. Et udsnit af et regneark ses her: Lav en videooptagelse af affyringen af en tilsvarende nytårsraket som ikke er bundet fast, og bestem herved højde og fart af raketten efter affyringen. Produktkrav Den benyttede metode om numerisk integration og behandlingen af data skal forklares for resten af klassen dels som en rapport og dels som et mundtligt oplæg af mindst 30 min varighed.

25 Naturvidenskabelige talentforløb 25 Opgave 3 - Raketaffyring Indledning En raket udnytter bevarelsen af bevægelsesmængden i sin fremdrift. Hvis stof (udstødningsgas) sendes bagud, vil raketten selv bevæge sig fremad. En vandraket er et lille fartøj hvor drivmidlet er vand. Der sker altså ikke en forbrænding, men vand sendes bagud, hvorved raketten bevæger sig fremad. Opgave En vandraket skal forholdsvis simpelt konstureres af en 1½ l sodavandsflaske med påsatte finner. Trykket i raketten kan øges med en cykelpumpe eller en kompresser og affyringen kan styres hvis der bygges en lille affyringsrampe. Opstil og afprøv et forsøg hvor vandrakettens flyvehøjde bestemmes som funktion af vandmængden i flasken. Undersøg også om et større tryk altid vil øge rakettens flyvehøjde. Rakettens bevægelse skal videofilmes og analyseres så både højde og fart efter affyringen er kendt. Produktkrav Analysen af videooptagelsen skal forklares for resten af klassen dels som en rapport og dels som et mundtligt oplæg af mindst 30 min varighed.

26 26 Naturvidenskabelige talentforløb Bilag 3: Take Home Lab Take Home Lab 1 Indledning Tanken er, at I skal tage jeres fysikviden med ud af fysiklokalet og hjemme undersøge noget fra virkeligheden. Mange af jer har sikkert i forbindelse med fysik i folkeskolen undersøgt elforbrug i hjemmet, og det er en ganske udmærket undersøgelse, men et rigtigt eksperiment er det nu ikke! Med LabQuest til Verniersonderne er det blevet nemmere at lave egentlige eksperimenter uden for fysiklokalet i både stor og lille skala. I skal i dette forløb lave et eksperiment hjemme i lille skala. I skal arbejde tre og tre med et eksperiment, som skal dokumenteres skriftligt og fremlægges mundtligt for klassen. Det kommer til at løbe over lidt mere end en måned, og vi skal ha anden fysikundervisning samtidig. Der er her sammensat 15 eksperimenter, så der er noget at vælge imellem. Når vi er færdige kører vi en tur til i karussellen, hvor I selv skal komme med ideerne til eksperimenter se Take Home Lab 2 Projektbeskrivelse For alle eksperimenter gælder, at jeg på forhånd har bestemt emne, foreløbig problemformulering og ideer til apparatur. I skal dernæst: 1. planlægge et konkret eksperiment som kan lede til svar på den problemformulering I har fået. Skriv gerne afledte problemstillinger som en del af beskrivelsen af eksperimentet. Tilføj også gerne apparaturønsker, jeg har blot givet nogle grundlæggende forslag. Har I brug for at indkøbe småting til eksperimentet så spørg mig, det er sikkert ok! Men der er kun dækning mod bilag og kun hvis I har fået ja på forhånd! 2. gennemføre eksperimentet og lave en omhyggelig indsamling af måledata. 3. planlægge og udføre en databehandling og -analyse, der leder mod besvarelse af den givne problemformulering. 4. gennemføre en diskussion af eksperimentet og afslutte med en konklusion. I er til hver en tid velkommen til at spørge mig til råds, mundtligt eller via mail eller meddelelser i Lectio. Ligeledes kan I sende foreløbige databehandlinger til kommentering mm. Produktkrav 1. En kort journallignende skriftlig dokumentation af jeres arbejde. En aflevering pr. gruppe i opgavemappen på Lectio. I skal uploade jeres besvarelse inden I holder det mundtlige oplæg. Der er afsat 3,00 elevtimer til denne aflevering. 2. En mundtlig præsentation på mellem 5 og 10 min., der giver resten af klassen et indblik i hovedtrækkene i jeres eksperiment samt konklusionen.

27 Naturvidenskabelige talentforløb 27 Forslag til eksperimenter 1 Kraft på en havetrampolin (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel og nogle kraftmålere) Hvor stor kraft leverer en havetrampolin pr. cm den bliver trådt ned (trukket ned)? Er kraftpåvirkningen den samme overalt på trampolinen? 2 Luftfugtighed i badeværelse (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel, termometerføler og et par RHføler) Hvordan er udviklingen i RH i badeværelset i løbet af et brusebad? (RH - Relative Humidity, på dansk relativ luftfugtighed) Hvordan er RH-udviklingen i badeværelset efter selve brusebadet? Hvordan og hvorfor virker eventuelle forholdsregler? 3 Komfurets ydeevne. (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel og krafttmometersonde) 4 Temperaturudvikling i haven. (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel, jordtermometersonder og lysmåler) 5 Ovnens temperaturændring (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel og forskellige termometersonder) Hvad er maksimaleffekten for kogezonerne på komfuret i jeres køkken? Hvad er effekten for de forskellige trin (eller indstillinger) på en enkelt kogezone? Hvordan er jordtemperaturens udvikling som funktion af 1) dybde under overflade, 2) overfladedække/vækst, 3) fugtighed, 4) plastdække/minidrivhus? Hvordan er jordtemperaturens udvikling som funktion af indstrålet lysmængde? Hvordan ser opvarmningskurven ud for jeres ovn? Er der forskel på hvilken ovnindstilling (varmluft, overvarme osv.) I bruger? Hvordan ser afkølingskurven ud? 7 Drikkevarer is i Cola (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel og termometersonde) Det er vigtigt her, ikke at bruge microbølgeovn, samt ikke at varme så højt op, at der er noget af måleudstyrets plastmateriale der smelter og ødelægger noget i ovnen! LabQuest må ikke komme i ovnen! Er der er forskel på at bruge isterninger direkte fra fryseren og fra en skål på bordet, når et glas sodavand skal køles ned? Hvordan ser afkølingskurven ud? 8 Drikkevarer varm kaffe (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel og termometersonde) 9 Bevægelse langsom (Apparatur: et Logitec webcam med installationssoftware) 10 Bevægelse hurtig (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel, webcam, accelerometer og CBR) 11 Bevægelse dyr (Apparatur: LabQuest med Hvordan udvikler temperaturen i kaffe sig fra det kommer ud af kaffemaskinen til den sidste kop er drukket? Påvirker forskellige typer kopper og krus temperaturudviklingen? Er det muligt via optagelse af filmsekvenser af en eller flere ultralangsomme bevægelser, for eksempel en blomst der springer ud, vand der fordamper el. lign. at bestemme en meget lille hastighed? Er det muligt, at bestemme høje eller meget høje hastigheder ved hjælp af LabQuest og/eller LoggerPro? Kan du lave målinger der giver dig bevægelseshastigheden for forskellige

28 28 Naturvidenskabelige talentforløb strømforsyning, USB-kabel, webcam, accelerometer og CBR) 12 Over- og undertryk (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel, trykmåler) 13 Skoldning af termokande (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel og termometersonde) 14 Viser stegetermometeret rigtigt? (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel og termometersonde. Derudover evt. gamle præcisionstermometre!) 15 Afkøling af hvidvin. (Apparatur: LabQuest med strømforsyning, USB-kabel og termometersonde) dyr? Er vores evne til at lave over- og undertryk med munden meget forskellig fra person til person, eller er vi nogenlunde ens? Er det vigtigt at skolde en termokande inden den påhældes for eksempel kaffe? Har skoldning af en termokande betydning for hvor lang tid kaffen er drikkeegnet? Hvor god er egentlig stegetermometres præcision? Er der en målelig forskel mellem forskellige stegetermometres visning? Er det vigtigt at et stegetermometer viser helt rigtigt? Hvor lang tid før en hvidvin skal drikkes, skal den lægges i køleskabet? Har det betydning hvor i køleskabet den bliver lagt? Hvordan udvikler temperaturen sig for køleskabskold hvidvin sig fra den tages ud af køleskab til den sidste dråbe er drukket? Det er vigtigt her, at huske at eksperimentet kan fakes med vand. Vi kan jo ikke fra skolens side fremme elevers alkoholindtag!

29 Naturvidenskabelige talentforløb 29 Take Home Lab 2 Med baggrund i det netop afsluttede forløb, skal I nu selv komme med ideer til problemer der kan undersøges ude i virkeligheden. Måske har nogle af jer allerede tænkt. Det var jo bl.a. også lektien til i dag! Ide-basar og fordeling på hold Timen i dag skal bruges på, at I formulerer tankerne og sælger dem for andre i klassen. Jeg vil være konsulent, som I kan spørge til råds og forsøge at formulere jeres ideer over for. I skal præsentere ideen for klassekammeraterne og se om der er nogle der har lyst til at være med i jeres gruppe. Ikke alle vil have ideer og måske er nogle ideer ikke egnede. Men der skulle meget gerne være 7-10 egnede små projekter, som ender med at blive til noget. Efterhånden som I har egnede ideer til præsentation, indtager I en af de nummererede stande langs kanten af klasseværelset og begynder at sælge jeres ide. Alle i klassen skal enten sælge eller købe en ide. Dvs. I skal alle være med i en gruppe. Gruppestørrelsen må denne gang være fra 1-4 personer. Altså må ideens ejer gerne være alene, men ønsker nogen at være med, skal de inviteres inden for i gruppen, så længe der er plads. Skulle der mod forventning ske det, at der ikke er ideer nok, så må jeg ryste ærmet og se, om der kommer nogle ud! Arbejdsgang og produktkrav Som udgangspunkt er både arbejdsgang og produktkrav de samme som i det forrige forløb. Vi skal høre holdenes oplæg i løbet af en række tirsdage efter efterårsferien, med et varierende antal hold pr. gang. Nærmere plan følger, når vi kan se hvordan det går! Forslag til eksperiment Når en gruppe er samlet, går den straks i gang med at formulere undersøgelsens ide som et spørgsmål, med tilhørende underspørgsmål. I skal inden timens slutning have oprettet en mappe i Lectio med eksperimentets titel og elevnavne som navn på mappen. I mappen skal ligge et dokument med: Navne på gruppens deltagere Titel på undersøgelsen Hovedspørgsmål og underspørgsmål Ideer til arbejdsplan Ideer til apparaturbehov. Forløbet fremover Vi har anden fysikundervisning sideløbende, og om en uge har jeg kigget mapperne igennem og givet respons. Dernæst får I i grupperne én fysiktime til at lægge en arbejdsplan og rette jeres ideer til. Resten af tiden frem til fremlæggelsen skal I arbejde uden for undervisningen. Der er igen afsat 3 elevtimer til gruppejournalen. Jeg følger løbende med i jeres Lectio-mappe og kommenterer evt.

30 30 Naturvidenskabelige talentforløb Bilag 4: Podcast et fysikeksperiment Problemformulering Når der løber en strøm i en glødetråd (lederstykke) bliver der afsat energi i tråden. Dette fænomen er kendt blandt andet fra lyspærer, hvor den afsatte energi både kan både ses og mærkes. Hvilke fysiske størrelser afhænger den afsatte energi i et lederstykke af og hvordan? Mulig forsøgsopstilling Princippet i opstillingen kan være som vist på følgende billeder: Credit: Jette Rygaard Poulsen Kommentar til forsøgsopstillingen I opstillingen herover er lederstykket/ resistoren nedsænket i et kalorimeter med vand, og den af lederstykket til vandet afgivne varme er lig med den af kalorimeteret optagne. C er kalorimeterets varmekapacitet, og følgende: er kalorimeterets temperaturstigning. C bestemmes af hvor m sk er inderskålens masse, c sk er skålens specifikke varmekapacitet (afhænger af materialet), m vand er massen af vandet i kalorimeteret, c vand er vands specifikke varmekapacitet. Vi antager at al den energi lederstykket modtager, når der går strøm igennem det afgives til vandet i kalorimeteret og inderskålen dvs.. Aktiviteter I skal: 1. Udføre det nødvendige eksperiment for at afklare problemformuleringen. 2. Gennemføre databehandling og opstille en matematisk model for sammenhængen. 3. Dokumentere jeres proces og resultater med en podcast (målgruppen er andre elever). 4. Laver et storyboard med skitser og beskrivelser som følger det givne manuskript.

31 Naturvidenskabelige talentforløb 31 Principskitse for manuskriptet 1. Titel. 2. Præsentation af de deltagende elever i gruppen. 3. Udledning og forklaring af den væsentlige teori ved tavlen (1 eller flere elever deltager). 4. Forsøgets gennemførelse vises med fokus på: a. Måleudstyr og dataopsamlingen b. Opstillingen med målepunkterne. 5. Databehandlingen vises. 6. Resultaterne diskuteres og vurderes. 7. Afslutning Podcast med storyboard afleveres elektronisk på Lectio. Podcastet skal i den færdige udgave have en varighed på 4 til 6 minutter og kunne afspilles med enten Windows Media Player 11 eller itunes 9. Resultatet vil blive bedømt efter følgende mål Faglige 1. I skal ud fra en given problemstilling kunne tilrettelægge, beskrive og udføre fysiske eksperimenter med givet udstyr og præsentere resultaterne hensigtsmæssigt. 2. I skal kunne formidle et emne med et fysikfagligt indhold til den valgte målgruppe. Tekniske 3. Podcastet har en god struktur med præcis og forståelig tale. Litteratur til inspiration Fysikbogen, Finn Elvekjær, side , Gads Forlag Orbit BA, Morten Brydensholt mfl., side 40 49, Systime Links Hvis man vil i gang med Audacity, er der her en nem "kom-godt-i-gang" indføring til programmet: Hvis man gerne vil tilføje musik og effekter til sin lydoptagelse/audio-podcast, så er der her nogle sider på nettet, hvor man kan downloade lydfiler gratis. Klassisk klavermusik: Forskellige effektlyde:

32 32 Naturvidenskabelige talentforløb Bilag 5: Deltag i science-konkurrence Indledning Danish Entrepreneurship Award er en konkurrence for gymnasieelever hvor målet er at udvikle innovative løsninger på problemer. Fra 2012 handler et af sporene i konkurrencen om Science and Technology. Eleverne arbejder i projektgrupper på 3-5 elever med en teknisk-naturvidenskabelig problemstilling, de selv har valgt. I kan tage udgangspunkt i et menneskeligt behov eller problem, og I skal finde en løsning på problemet gennem anvendelsen af naturvidenskabelige fag. I må gerne videreudvikle allerede eksisterende teknologi, men må selvfølgelig også gerne udvikle ny teknologi eller produkter. I vil blive vurderet på hvordan I identificere et behov eller et problem, hvordan I udvikler en idé til løsning af problemet og hvordan I ved hjælp af faglig viden fra fysik, kemi og matematik dokumenterer deres løsning. Integreret produktudvikling Da konkurrencen først starter op næste år, er nedenstående bygget på den tidligere konkurrence Science Cup Denmark og et forløb afviklet i Aalborg. Det bærende princip Det bærende princip i konkurrencen er at give eleverne mulighed for: at arbejde med praksis- og virkelighedsnære problemstillinger inden for teknik og naturvidenskab at arbejde udviklingsorienteret og innovativt i de naturvidenskabelige fag at arbejde i teams med løsningen af naturvidenskabelige problemstillinger på samme måde som på forskningsinstitutioner og i virksomheder og dermed opleve styrken i at arbejde sammen i en gruppe med forskellige faglige og personlige kompetencer gennem kontakt med virksomheder og videregående uddannelser at få indblik i de tekniske og naturvidenskabelige fags samfundsmæssige betydning at få et bredere grundlag for valg af fremtidig uddannelse og karriere inden for de tekniske og naturvidenskabelige fag.