Fjordforbindelsen Frederikssund. Undervisningsmateriale til folkeskoler

Transkript

1 Fjordforbindelsen Frederikssund Undervisningsmateriale til folkeskoler

2 En bro der skaber forbindelser At bygge en stor bro er udover at være et spændende infrastrukturprojekt også kilde til inspiration til god undervisning Introduktion til undervisningsmaterialet Fjordforbindelsen er et stort infrastrukturprojekt, som ikke alene handler om at bygge en højbro over Roskilde Fjord. Vi skal også anlægge en motortrafikvej, faunapassager, etablere regnvandsbassiner, bygge en lang række mindre veje om og meget mere. Vejdirektoratet og Frederikssund Kommune har i samarbejde udarbejdet et undervisningsmateriale, der kan give folkeskoleelever et indblik i projektet og de enkeltdele man skal forholde sig til på sådan et projekt. Undervisningsmaterialet er tænkt anvendt i kombination med et besøg på et af Vejdirektoratets informationscentre om projektet. Der er materialer til forberedelse af eleverne inden besøget og materialer til brug under og efter besøget. Undervisningsmaterialet kan også anvendes på skolen. Materialet er tænkt således Forberedelse på skolen. Eleverne opnår en grundviden om projektet. Rundvisning på broudstillingerne i enten Skibby eller Frederikssund. TestLab. Eleverne løser opgaver relateret til brobygning. Find2Learn. Eleverne tester deres viden. I Vejdirektoratets informationscentre er de materialer tilgængelige, som skal bruges i de praktiske opgaver, og der er masser af information om projektet og rig mulighed for at gå klogere derfra. Som lærer kan du vælge enten at køre forløbet selv, eller du kan vælge at booke en medarbejder fra Vejdirektoratet, der kommer og fortæller om projektet. Sådan gør du På under fanen Informationscentre finder du yderligere information. Her kan du også booke tid og evt. en af Vejdirektoratets medarbejder til undervisningsforløbet. Og du er altid velkommen til at kontakte projektets medarbejder på info@fjordforbindelsen.dk Efter besøget Vi vil meget gerne vide, hvad I synes om undervisningsmaterialet og besøgene i vores informationscentre. Så efter besøget modtager du en mail med et par spørgsmål, som kan besvares på fem minutter. På den måde kan vi hele tiden forbedre materialet og informationscentrene. God fornøjelse med undervisningsmaterialet.

3 Forberedelse inden besøget Højbroen bliver m lang 19,7 m bred med 4 kørespor Hastighed: 90 km/t Broen understøttes af 16 bropiller med et V-formet design. Gennemsejlingshøjde 22 m Højbroens fundamenter er på østsiden 180 m og på vestsiden 90 m fra kystlinjen. Derved bevares udsynet over fjordlandskabet, og dyr og mennesker kan færdes frit langs fjorden. På den vestligste del af højbroen opsættes 2 m høje transparente støjskærme. Ved broens landfæste er støjskærmene 3 m høje. Broen vil stå færdig ved udgangen af Det bliver en betalingsbro. Højbroen er en del af motortrafikvejen og vil derfor kun være for biler. Der etableres ikke cykelsti. Cyklister skal fortsat benytte Kronprins Frederiks Bro. Vejdirektoratet skal bygge en højbro over Roskilde Fjord, som forbinder Frederikssund og Hornsherred. Fakta om projektet Hele fjordforbindelsen bliver en knap 10 km lang 4-sporet motortrafikvej syd for Frederikssund. 1,4 km vil ligge på en højbro mellem Marbæk og Tørslev Hage. Projektet koster ca. 2 mia. kr. Vejdirektoratet forventer at åbne fjordforbindelsen for trafik i slutningen af Byggeprocessen Før vi går i gang med at bygge sådan et stort projekt, går der masser af planlægning forud, og mange forskellige aktører er inde over undervejs. Der er bygherren, arkitekter, rådgivere, entreprenører, kommunens tekniske forvaltning, håndværkere, museer og mange andre underleverandører på mindre opgaver. Grundlaget for anlægsprojektet er tegninger og tidsplaner, og projektet går gennem forskellige faser og processer. Det kræver detaljeret planlægning at styre byggeprocessen, fordi et sådant projekt dækker over en masse delprojekter og der er mange aktører, der skal ind over projektet på forskellige tidspunkter. På fjordforbindelsen gik Vejdirektoratet allerede i 2007 i gang med at undersøge forholdene i og omkring Frederikssund for at klarlægge, hvilke konsekvenser et evt. byggeri vil få på det omkringliggende miljø. Vi er nu der, hvor vi er klar til at gå i gang i marken for alvor. Brodækkes bygges i præfabrikerede elementer, der blot skal monteres på stedet. Øvrige fakta En vej bygges op af sand, grus og asfalt. Det kalder man vejkassen. For at bygge den knap 10 km lange vej skal vi bruge cirka m³ bundgrus og sand m³ stabilt grus tons asfalt

4 5Hærdning og efterspænding Til slut skal betonen binde af. Det vil sige, at den skal hærde. Allerede 1-2 dage efter støbningen kan man gå på bropladen. Der skal dog gå omkring 14 dage, inden betonen er stærk nok til at bære broen, så forskallingen kan fjernes, og 28 dage før broen er helt færdig med at hærde. Til sidst efterspændes broen ved hjælp af spændkablerne, således broen får den nødvendige sammenhængskraft og styrke. 6 Udstyr, isolering, asfalt og striber Imens broen hærder, kan entreprenøren arbejde med at sætte broautoværn, rækværk og vejudstyr op. Så er broen klar til at blive fugtisoleret, så saltvand fra kørebanen ikke trænger ned i betonen. Til sidst bliver der lagt asfaltbelægning ud og optegnet striber. 4Støbning af broplade Kronen på værket, selve bropladen som bilerne skal køre på støbes til sidst. Igen laves en træform (forskalling), og armeringsjern bindes sammen til et net omkring broens spændkabler. Nogle gange bygges træformene på stedet, andre gange får entreprenøren formene leveret som elementer, der kan sættes sammen. Bropladen bliver herefter støbt i én omgang, og det tager omkring et døgn at fylde beton i træformen. Der går nemt m³ beton til en broplade. Støbning af fundamentet Stænger af armeringsjern bindes sammen til et stabilt net, og der fyldes beton ned i udgravningen. Det hærder langsomt og bliver til en stabil plade. Når det er gjort, starter arbejdet med de bro- 2søjler, der skal bære selve bropladen. Støbning af søjler Først laves en støbeform af træ (en forskalling), der har samme mål som brosøjlen. Den fyldes med armeringsjern og beton. 1 Undergrunden Undergrunden kan bære broen. Derfor er det nødvendigt at udføre geotekniske undersøgelser for at afgøre, hvilken funderingsmetode der er bedst egnet. Det kan være nødvendigt at fjerne eventuelt blød bund, fx eng- eller mosejord. Nogle gange er jorden blød i så stor en dybde, at der skal funderes med pæle, for at den kan bære bygværket. Disse pæle rammes eller vibreres ned i jorden, indtil de når et jordlag, der kan bære et bygværk. Herefter kan fundamentet bygges. Sådan bygger vi en bro

5 Jorden klargøres Først skal jorden gøres klar til anlægget ved enten at grave jord væk eller tilføre jord. Sideløbende bliver der etableret afvandingssystem med dræn og afvandingsledninger, så regnvandet kan ledes væk fra vejene Detaljer Til sidst sørger forskellige entreprenører for: afstribning på vejen autoværn og skilte langs vejen støjskærme belysning beplantning og græs på vejskråningerne 26 2 Bundsikring Herefter kommer et lag sand og fint grus til bundsikring. Laget er centimeter tykt afhængeligt af jorden. Bundsikringslaget holder vejkassen tør. Det forhindrer bl.a., at der suges vand op fra den underliggende jord, der kan give vandskader og ødelægge vejen Sådan bygger vi en vej Slidlaget Det øverste lag asfalt er slidlaget, som normalt fremstilles af sten, sand og bitumen. Det er vejkassens tyndeste lag kun 3 til 4 centimeter. Slidlaget skal have en vis ruhed, så bilerne står godt fast på vejen. Det skal også være jævnt for at sikre en god kørekomfort. Endelig forsegler slidlaget vejkassen, så de nederste lag ikke nedbrydes. Bærelagene Herefter kommer bærelagene, der består af sten, grus og et olieprodukt (bitumen), som binder de tørre materialer sammen. Bærelagene er med til at sikre, at vejen kan holde til den tunge vejtrafik. Stabil grus Over bundsikringslaget ligger et stabilt gruslag, der består af grus, sand og sten. For at der ikke opstår hulrum, bruger man sten af varierende størrelse. Det stabile gruslag er omkring 20 centimeter tykt. Dets vigtigste opgave er at fordele trykket på vejen

6 Lærervejledning til brobygningsopgave Læringsmål Eleverne kan designe en bro og bygge broen af enkle materialer Læringsmål Aktiviteter 1. Eleverne tegner en skitse af en bro 2. Eleverne bygger en bro udfra deres skitse, broen skal kunne bære en bil på 100 gram Evaluering Undervisningsaktiviteter Tegn på læring 1. Eleverne tegner en skitse af en bro 2. Eleverne bygger broen udfra skitsen 3. Eleverne samarbejder om, at bygge broen med et begrænset materialeforbrug 4. Eleverne afprøver broens holdbarhed 5. Eleverne kan i samarbejde forberede en mundtlig fremlæggelse Tegn på læring Evaluering 1. Eleverne argumenterer for deres måde at bygge broen på med naturfaglige begreber 2. Eleverne kan vurdere sammenhæng mellem materialeforbrug og bæreevne Forslag til undervisningen inden besøget 1. Læreren kan planlægge undervisning med opgaver om målestoksforhold i matematik ud fra den konkrete viden om broen i indledningen 2. Læreren kan planlægge undervisning om forskellige former for konstruktioner, stive konstruktioner, trekanter og rør

7 Fælles mål Brobygningsopgave: Færdigheds- og vidensmål i natur/teknologi og fysik/kemi Kompetenceområde Klassetrin Faser Færdighedsmål Vidensmål Efter 2. klasse 1 og 2 Eleven kan udføre enkle undersøgelser med brug af enkelt udstyr Eleven har viden om enkle undersøgelsesmetoder Efter 4. klasse 2 Eleven kan opstille forventninger, der kan testes i undersøgelser Eleven har viden om enkle undersøgelsers muligheder og begrænsninger Undersøgelse Efter 6. klasse 2 Eleven kan designe enkle undersøgelser Eleven har viden om undersøgelsesdesign Efter 9. klasse 1 Eleven kan formulere og undersøge en afgrænset problemstilling med naturfagligt indhold Eleven har viden om undersøgelsesmetoders anvendelsesmuligheder og begrænsninger Efter 2. klasse 1 og 2 Eleven kan skelne mellem virkelighed og model Eleven har viden om naturtro modeltyper Efter 4. klasse 1 Eleven kan konstruere enkle modeller Eleven har viden om symbolsprog i modeller Modellering Efter 6. klasse 2 Eleven kan diskutere enkle modellers egnethed Eleven har viden om muligheder og begrænsninger ved modeller Efter 9. klasse 2 Eleven kan vælge modeller efter formål Eleven har viden om karakteristika ved modeller i naturfag Efter 2. klasse 1 og 2 Eleven kan mundtligt og skriftligt anvende enkle fagord og begreber Eleven har viden om enkle fagord og begreber Efter 4. klasse 1 og 2 Eleven kan mundtligt og skriftligt anvende centrale fagord og begreber Eleven har viden om fagord og begreber Kommunikation Efter 6. klasse 1 og 2 Eleven kan mundtligt og skriftligt udtrykke sig med brug af naturfaglige og teknologiske fagord og begreber Eleven har viden om naturfaglige og teknologiske fagord og begreber Efter 9. klasse 1 og 2 Eleven kan mundtligt og skriftligt udtrykke sig præcist og nuanceret ved brug af fagord og begreber Eleven har viden om ord og begreber i naturfag

8 Forsøgsvejledning niveau 1 Kronprinsesse Marys Bro Formål I skal samarbejde om at designe en ny bro med en stabil konstruktion. I skal bygge broen med et så lille materialeforbrug som muligt. Materialer Bundplade og 2 ramper A4 papir Aktivitet Tape 1. Tegn jeres bud på hvordan Kronprinsesse Marys Bro skal se ud 2. Vej jeres tape-rulle gram Saks 3. Byg en model af Kronprinsesse Marys Bro efter jeres skitse Modellen bygges af A4 papir og tape I skal bruge så få materialer som muligt Vægt 4. Test om bilen kan køre over broen Testbil 5. Kan I forbedre broens konstruktion, så tungere biler kan køre over broen? Præsentation 1. Forbered en lille præsentation af jeres bro hvor I fortæller, hvordan I har bygget broen Materialeforbrug antal A4 ark gram tape

9 Forsøgsvejledning niveau 2 Kronprinsesse Marys Bro Formål I skal samarbejde om at designe en ny bro med en stabil konstruktion. Broen skal være så høj, at der kan sejle skibe under broen. Materialer Bundplade og 2 ramper I skal bygge broen med et så lille materialeforbrug som muligt. A4 papir Aktivitet 1. Tegn jeres bud på hvordan Kronprinsesse Marys Bro skal se ud Tape 2. Vej jeres tape-rulle gram 3. Byg en model af Kronprinsesse Marys Bro efter jeres skitse Modellen bygges af A4 papir og tape. I skal bruge så få materialer som muligt. Saks Vægt 4. Test om bilen kan køre over broen 5. Kan I forbedre broens konstruktion, så tungere biler kan køre over broen? Testbil og båd 6. Ret jeres tegning, så tegning og bro passer sammen Præsentation 1. Forbered en lille præsentation af jeres bro hvor I fortæller, hvordan I har bygget broen Byggeprincip og forbedringer Materialeforbrug antal A4 ark gram tape Testresultater bilens vægt i gram Brug de fagudtryk I kender om brobygning

10 Forsøgsvejledning niveau 3 Kronprinsesse Marys Bro Formål I skal samarbejde om at designe en ny bro med en stabil konstruktion. Broen skal være en selvbærende konstruktion, kun understøttet af ramperne. I skal bygge broen med et så lille materialeforbrug som muligt. Materialer Bundplade og 2 ramper A4 papir Aktivitet 1. Tegn jeres bud på hvordan Kronprinsesse Marys Bro skal se ud Tape 2. Vej jeres tape-rulle gram 3. Byg en model af Kronprinsesse Marys Bro efter jeres skitse Saks Modellen bygges af A4 papir og tape. I skal bruge så få materialer som muligt. 4. Test om bilen kan køre over broen Vægt 5. Kan I forbedre broens konstruktion, så tungere biler kan køre over broen? Testbil 6. Ret jeres tegning, så tegning og bro passer sammen Præsentation 1. Forbered en lille præsentation af jeres bro hvor I fortæller, hvordan I har bygget broen Byggeprincip og forbedringer Materialeforbrug antal A4 ark gram tape Testresultater bilens vægt i gram Brug de fagudtryk I kender om brobygning

11 Inspiration til læreren inden besøget

12 Løsninger Nedenfor er der eksempler på, hvordan forsøgsvejledningerne niveau 1-3 kan løses. Niveau 1 Materialer Bundplade og 2 ramper A4 papir Tape Saks Vægt Testbil Niveau 2 Materialer Bundplade og 2 ramper A4 papir Tape Saks Vægt Testbil og båd Niveau 3 Materialer Bundplade og 2 ramper A4 papir Tape Saks Vægt Testbil

13 Find2learn et GPS styret løb med et fagligt indhold På broudstillingerne i Skibby og på Østersvej får eleverne mulighed for at arbejde med læringsværktøjet Find2learn, som mange elever kender i forvejen. På broudstillingen benyttes Find2learn til at udfordre alle elevers læring på en sjov og aktiv måde. Eleverne benytter Find2learn appen til at finde rundt på udstillingen og svare på naturfaglige spørgsmål om anlæg af Kronprinsesse Marys Bro. Opgaverne kan løses enkeltvis eller i mindre grupper. Eleverne skal medbringe smartphones eller tablets for at blive koblet på Find2learn appen.

14 Brobygning på computer Byg en bjælkebro I skal eksperimentere med at kunne bygge den billigste, men dog stabile bro, i Bridge Designer. I computerprogrammet Bridge Designer skal I designe jeres egen bro. Broens kørebane (deck) skal placeres 20 m over floden (river). I skal bygge ved at placere samleleddene (joints) og forbinde dem med stålbjælker (members). I kan selv vælge stålbjælkernes dimensioner (size og length) I kan vælge dem enten massive (solid bar) eller rørformede (hollow tube). Formen bestemmer, om de bedst holder til træk (solid) eller til tryk (tube). Der er masser af gode udfordringer i computerprogrammet Bridge Designer, hvis man vil arbejde videre med broprojektet i klassen. Undersøg Undersøg, imens I bygger. Er jeres bro stabil, og kan den bære en lastbil (test animation)? Tips og tricks Bridge Designer kan frit downloades fra Anbring først samleleddene og forbind dem bagefter med bjælkerne. Bjælker, der ved test animation bliver røde ved kritisk belastning (tryk), bør ændres til rørformede (tube) eller gøres tykkere. Bjælker, der i testen bliver blå ved kritisk belastning (træk), bør ændres til massive eller gøres tykkere. Bjælker, der bliver ved med at være hvide ved belastning, kan gøres tyndere - og dermed billigere. Hvad sker der med de økonomiske omkostninger (costs calculation), hvis I ændrer stålbjælkernes dimensioner? Hvad betyder det, om man bruger korte eller lange bjælker? Målet er, at I kan teste og justere via simulering. ARKITEKTUR OG DESIGN Forlaget Matematik 43

15 Brobygning af papir Byg en bjælkebro I skal bruge jeres erfaringer fra eksperimenterne i Bridge Designer til at designe og bygge en bro af papirbjælker med mindst muligt materialeforbrug. I skal udarbejde arbejdstegninger, inden I bygger. Broen skal have en vejbredde på 6 cm og en spændvidde på 50 cm. Husk at gøre broen længere, så der er noget ekstra længde til broens landfæste. Broen skal kunne bære en belastning på 500 g. I skal først konstruere nogle arbejdstegninger af broen set fra siden, oppefra og forfra. Gennemfør nogle forsøg, så I finder ud af, hvordan I bedst kan folde bjælkerne, og hvordan I bedst kan samle dem. Herefter kan I bruge tegninger af jeres bro i et dynamisk geometriprogram, fx GeoGebra, til at beregne længden af papirbjælkerne. HUSK at gøre papirbjælkerne 1 cm længere, så de kan sættes sammen, når I bygger broen. Til slut skal I ud fra jeres undersøgelser og arbejdstegninger bygge en bro, der kan bære 500 gram. I skal sammenligne broernes materialeforbrug ved at veje dem! Målet er, at I kan konstruere en model ud fra erfaringer med simulering. Undersøg Hvilke udformninger, foldninger af papiret, der giver de stærkeste og letteste bjælker: Firkantede, trekantede eller runde (rullede). Hvilken indflydelse har forskellige samlemetoder (tape, lim, hæfteklammer eller lignende) på broens stabilitet - og på broensvægt? Hvad kan det betyde, at bygge en solid, stabil og billig bro? Overvej Kan flere små bjælker erstattes af færre og længere bjælker, så man dermed får færre samlinger? Hvor mange gram kan I højst lægge midt på jeres bro, hvis den altid skal være rimelig sikker. Materialer Et dynamisk geometriprogram A4 papirark Tape, clips, lim En præcis vægt (1g interval) 44 ARKITEKTUR OG DESIGN Forlaget Matematik

16 Lærervejledning Brobygning på computer og af papir Klassetrin og omfang Brobygning på computer og Brobygning på papir henvender sig til ældste trin, men kan tilpasses mellemtrinnet. Forløbet om at bygge broer er opbygget, så I kan stoppe, når udfordringerne bliver for store. Forløb Brobygning på computer Brobygning af papir Matematiske stofområder Tal og algebra Geometri og måling Statistik og sandsynlighed Matematiske kompetencer Problembehandling Modellering Ræsonnement og tankegang Repræsentation og symbolbehandling Kommunikation Hjælpemidler Færdighedsmål og vidensmål Modellering - Fase 2 Eleverne kan gennemføre modelleringsprocesser, herunder med inddragelse af digital simulering. Eleverne har viden om elementer i modelleringsprocesser og digitale værktøjer, der kan understøtte simulering. Hjælpemidler Eleverne kan vælge og vurdere hjælpemidler til samme matematiske situation. Eleverne har viden om muligheder og begrænsninger ved forskellige hjælpemidler. Geometrisk tegning - Fase 2 Eleven kan fremstille præcise tegninger ud fra givne betingelser. Eleven har viden om metoder til at fremstille præcise tegninger, herunder med digitale værktøjer. Elevforudsætninger Eleverne skal kunne bruge et dynamisk tegneprogram, fx GeoGebra. Eleverne behøver ikke tidligere at have brugt Bridge Designer. Tjek selv programmet. Læreren bør kort gennemgå programmets funktioner og hjælpe eleverne med at forstå programmets danske og engelske begreber. Fx dimensioner, massive, rørformede, kritisk belastning, tryk, træk, animation, omkostninger, kalkuler mv samt de generelle begreber omkring brobygning, spænd, spændvidde og landfæste). Læringsmål Eleverne kan gennemføre forskellige simuleringer. Eleverne kan udføre forsøg og ændrer forudsætningerne. Eleverne kan fremstille præcise arbejdstegninger fx digitalt. Eleverne kan fremstille forskellige modeller af broer. Eleverne kan anvende programmet som hjælpemiddel. Evaluering Eleverne udstiller deres produkter sammen med print og fotos samt tekst eller lydoptagelser om deres forsøg og beslutninger undervejs. Aktiviteter Eleverne skal eksperimentere med konstruktion af en bro i et givet itprogram. Eleverne udarbejder en arbejdstegning i et dynamisk geometriprogram og fremstiller selv en bro i papir ud fra nogle givne krav. Tegn på læring Eleven eksperimenterer og vurderer forskellige simuleringer og forskellige samleteknikker og med forskellige former og længder på (papir)bjælkerne. De tager hensyn til /konkluderer ud fra simuleringerne og de konkrete papirbjælkeforsøg i deres forsøg på at øge stabiliteten og mindske materialeforbruget. Eleven udarbejder målfaste arbejdstegninger. De bygger papirbroen efter deres arbejdstegninger - og hvis de justerer undervejs i byggeprocessen, så ændrer de samtidig på tegningen og vurderer konsekvenserne for det videre byggeri. Relationen mellem de fire centrale elementer, der arbejdes med. ARKITEKTUR OG DESIGN Forlaget Matematik 45